[发明专利]一种3DP工艺中STL模型中心排样方法

说明书

本发明为一种3DP工艺中STL模型中心排样方法，该方法包括以下内容：得到所有待排样STL模型后，设定Z方向为零件成型方向，首先计算每个STL模型XOY平面最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量，根据最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量确定模型摆放顺序，优先摆放投影面积大、模型复杂程度高的STL模型；成型空间中心位置优先摆放投影面积大、零件复杂程度高的零件，剩余的零件按照模型摆放顺序寻找距中心距离最近的排样位置进行布置。旨在解决3DP工艺中不规则零件的受成型方向限制不能多方向旋转来确定最优排样位置且排样密度有待提高的问题。

技术领域

本发明涉及零件排样方法领域，尤其涉及一种3DP工艺中STL模型中心排样方法。

背景技术

3DP工艺采用了和传统二维喷墨打印类似的技术，通过喷头喷出粘结剂将粉末粘结成整体来制作零部件。利用了离散化的思想将要进行打印的零件切片化，然后将每一层中需要打印的路径输入到计算机中，通过计算机控制打印机的逐层打印，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。目前大部分3DP工艺使用STL格式文件进行贴合零件实际表面，通过对STL模型切片得到每一层的轮廓信息逐层制造零件。

随着3D打印技术的研究进步，越来越多的产业对其进行了应用，进行制造生产。制造业中优化排样应用范围非常广法，在工程应用领域中，型材和棒材下料、冲裁件排样、玻璃切割、报刊排版、家具下料、服装裁件、皮革裁剪、造船、车辆和发电设备生产中都存在大量的下料问题。从计算复杂性理论上，优化排样问题是具有最高复杂性的NP完全问题，同时其具有几何特性，对矩形件、异形件排样离不开图形运算，排样问题至今尚无有效的求解方法。所以需要高效的几何计算工具和快速的排样算法来解决排样问题。

传统三维零件排样方法主要是对实际零件模型进行二维矩形包围或最小长方体包围，之后对包围框进行排样。二维矩形包围的方法简化了三维零件排样的计算难度，将三维空间位置计算问题转化为二维平面问题，但该方法增加了零件的占用面积，并不能很好的提高排样密度。

3DP工艺中也存在成型零件的排列问题，由于工艺特点，零件之间不能实现紧密排列，粉床中心的成型质量要高于四周。并且零件的成型方向由于粘结剂渗透误差的原因而受到限制，零件不能绕XY轴自由旋转，所以3DP工艺中零件排样技术不同于传统的制造工艺，三维空间位置计算复杂度高，会提高算法的计算成本，3DP工艺中零件成型方向对成型精度有很大影响，在零件排样时，不能通过对零件进行多个方向旋转找到最优的排样位置。本方法针对3DP工艺中STL模型排样问题提出中心排样方法解决排样问题。

发明内容

针对现有排样技术上的不足，本发明旨在解决3DP工艺中不规则零件的受成型方向限制不能多方向旋转来确定最优排样位置且排样密度有待提高的问题，提出一种3DP工艺中STL模型中心排样方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种3DP工艺中STL模型中心排样方法，特征在于，该方法包括以下内容：

STL模型投影：得到所有待排样STL模型后，设定Z方向为零件成型方向，首先计算每个STL模型XOY平面最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量，根据最小不规则外包框的投影面积和无重复法向量数量确定模型摆放顺序，优先摆放投影面积大、模型复杂程度高的STL模型；

中心排样：成型空间中心位置优先摆放投影面积大、零件复杂程度高的零件，剩余的零件按照模型摆放顺序寻找距中心距离最近的排样位置进行布置。

中心排样的具体过程是：计算所有待排样模型投影平面的最小外接圆，以第一个排入模型为中心，沿圆周方向按照排样顺序依次排入模型，每次排入的模型的外接圆都至少与一个已排入模型外接圆相切，再通过几何关系得到待排入模型的初始位置；一周排完后进行下一周的排布，直至所有模型按照外接圆相切的方式排好；