[发明专利]一种彩色切片层的边界着色宽度界定方法

说明书

本发明提供了一种彩色切片层的边界着色宽度界定方法，选用彩色3D数字模型的STL格式文件以及刨切分层算法，通过刨切分层后的轮廓切片层所标记的三角形面片法向量与建造向量计算初始边界着色宽度建模所需要的边界倾斜角以及暴露面显色宽度的最小打印精度加权关系。该方法提出了相邻切片层间边界倾斜角计算方法、边界着色宽度建模方法以及3D打印实体颜色再现效果评价方法等具体实现步骤。本发明的彩色切片层的边界着色宽度界定方法既可以用于校准当前刨切分层算法中彩色切片层边界着色厚度值设置，又可以用于改进现有国产彩色3D打印颜色再现精度以及着色能耗优化。

技术领域

本发明属于3D打印领域，涉及全彩3D打印工艺，特别涉及一种彩色切片层的边界着色宽度界定方法。

背景技术

3D打印技术因为数字化制造功能被广泛应用在航空航天、生物医疗、汽车制造等传统制造领域。随着彩色3D打印工艺的研发与对应系统面世，3D打印技术的高精度色彩再现功能又促使其在文化创意、工业设计、地理地形信息可视化等需要颜色定制的3D模型打印领域的快速产业化。彩色3D打印技术的成功离不开彩色3D模型分层软件的支持，特别是高精度高效率的彩色切片分层算法的开发与彩色3D打印测试。

当前，彩色切片分层算法主要国际上通用的AMF开源算法，其算法框架中在彩色轮廓厚度设定时采用了一个边界着色厚度固定值，这个值可以保证彩色模型切片分层后打印出较好的边界颜色再现效果，但并不是最优的，通常是由算法开发者自己估计的，或者3D打印系统自带分层软件内嵌的推荐值。国内也有针对STL格式、OBJ格式、VRML格式的彩色3D模型开发高效的彩色切片分层算法，并实现了每分层的着色厚度(宽度)值设置代码，但也同样设置了一个安全的边界着色厚度(宽度)值。尽管实现彩色切片层着色轮廓厚度在分层软件设置中修改并不难，但仍然缺乏一个便于普通用户理解的边界着色宽度界定方法。

此外，过于保险的边界着色厚度(宽度)限制了当前彩色3D打印机对颜色再现精度以及打印速度的进一步提升。由于过厚或过宽的边界着色轮廓需要更多彩色油墨或彩色胶黏剂，也同样造成打印成本以及能耗增加。当前国产化彩色3D打印设备的彩色3D打印精度控制也遇到了颜色再现精度瓶颈，其中很大的一个原因就是彩色切片分层后的边界着色厚度(宽度)设定值并不能很好的匹配其配套的打印材质的着色特性。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种彩色切片层的边界着色宽度界定方法，该界定方法基于ASCII格式的STL文件对彩色3D模型刨切分层时形成的边界特性求出暴露面显色宽度，结合可调控着色精度权重与标准评价方法优化彩色切片层的边界着色宽度界定值，既能够解决3D打印中边界着色过厚与颜色再现精度控制问题，又能解决当前全彩色3D打印的制造成本与能耗优化问题。

一种彩色切片层的边界着色宽度界定方法，选用彩色3D数字模型的STL格式文件以及刨切分层算法进行界定，包括以下具体步骤：

1)、根据分层软件类型选择采用的刨切分层策略；

2)、根据3D打印机最小精度要求与所用打印材质特性，确定彩色3D模型刨切分层厚度h，进行几何轮廓刨切分层，得到多层轮廓切片层，记录各轮廓切片层边界三角形面片的法向量α与对应建造向量β；

3)、通过该STL格式文件固有的拓扑关系，确定目标轮廓切片层与相邻轮廓切片层间的接触交点O及其对应的上边界顶点P与Q，设定OP长度为分层厚度h，OQ长度为轮廓切片层相对暴露面显色宽度b，OP与PQ连线交点形成倾斜角θ；

4)、目标轮廓切片层边界三角形面片的法向量为α_x与对应的建造向量为β_x，通过向量运算求出所述法向量α_x与建造向量β_x的夹角为σ，并结合所述目标轮廓切片层分层边界OPQ直角三角形构成的几何关系，求出对应的倾斜角θ；