[发明专利]一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法

说明书

本发明公开一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，包括建立三维模型，对所述三维模型进行网格化处理，以生成STL文件，读取所述STL文件，并对从所述STL文件中读取的数据进行预处理操作，以得到预处理后的数据，识别网格化处理后的三维模型上特征高度，得到一组高度数据对相邻的特征高度之间进行间距调节，即对所述高度数据进行调节，在所述特征高度的位置进行分层切片，在相邻的特征高度之间进行自适应分层，获得切片轮廓信息，生成打印文件，打印3D模型。本发明保证了分层平面经过模型特征所在位置，从而保留三维模型特征，能够有效防止3D打印模型打印过程中因材料逐层累加导致的特征偏移和丢失，减小阶梯误差。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，特别是涉及一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法。

背景技术

3D打印(3D Printing)技术也称为快速成型(Rapid Prototyping，RP)或增材制造(additive manufacturing，AM)，是通过CAD设计并将材料逐层累加制造三维实体零件的技术。具体实现步骤分为，首先利用CAD设计或反向工程获取三维模型，并转为格式简单、具有良好的通用性的STL(Stereolithographic)格式或其他可操作格式文件进行处理；然后在选定的分层方向上，用不同高度的平面与模型相交，获得一系列的轮廓信息；再根据轮廓信息，确定打印路径及其他工艺参数，控制打印机将材料从低到高逐层堆积粘结，最后形成三维实体。材料逐层累加会使打印倾斜表面时工件表面件存在明显的阶梯误差(或台阶效应，stair-stepping effect)及模型特征的丢失和偏移，直接影响加工件表面质量，且分层位置的确定和层数会直接影响加工件表面精度和加工效率。然而，工件的三维模型不论是由CAD软件设计还是由反向工程获取，都必须先选定分成方向和分层高度，通过分层处理后送入打印设备中进行加工处理。

目前，基于STL格式的分层方法主要有等厚分层和自适应分层方法。等厚分层方法层厚固定、实现简单、加工速度快，虽然台阶效应明显，但是在制作体积较大且精度要求不高的工件时应用较多；尽管较小的层厚可以获得更高的表面质量，但却会因分层层数的增加而增加内存占用空间、加工时间及模型打印时间，从而降低加工效率。自适应分层的切片厚度不是常数，而是由模型的几何形状和机器加工精度决定的，会根据待加工工件模型的表面复杂度自动调节分层厚度，从而使表面复杂、倾斜严重的大曲率模型具有较小的分层厚度，分层层数较多，而表面简单的模型分层层数相应较少。自适应分层算法采用变化的层厚，在一定程度上减小了阶梯误差，解决了加工精度与加工时效率之间的矛盾，但层厚无论多小，阶梯效应都无法完全消除，且无法确保分层平面经过所有模型特征，导致模型特征未被打印或特征的位置发生偏移，无法处理特征丢失和偏移问题。因此，在相同表面质量下，自适应分层要比等厚分层得到的层数少，因而加工效率更高。但是，目前大多数自适应分层算法主要研究层高和阶梯误差之间的关系，针对模型特征偏移和丢失问题的解决方法仍然较少。因此，迫切需要提出一种有效解决模型特征偏移问题的改进自适应分层方法，从而进一步减小台阶效应，解决特征偏移和丢失问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，用于解决现有技术中出现台阶效应，特征偏移和丢失的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法，所述防止3D打印模型特征偏移的自适应分层方法包括：建立三维模型，对所述三维模型进行网格化处理，以生成STL文件；读取所述STL文件，并对从所述STL文件中读取的数据进行预处理操作，以得到预处理后的数据；利用所述预处理后的数据，识别网格化处理后的三维模型上特征高度，得到一组高度数据h；对相邻的特征高度之间进行间距调节，即对所述高度数据h进行调节；在所述特征高度的位置进行分层切片，在相邻的特征高度之间采用顶尖高度法进行自适应分层，获得切片轮廓信息；根据所述切片轮廓信息和G代码格式生成打印文件，打印3D模型。