三维打印自适应分层算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于三维打印工艺控制技术领域，特别是涉及一种三维打印自适应分层算 法。
【背景技术】
[0002] 在分层制造或者快速成型中，模型的分层是非常重要的一步。分层的厚度不仅与 成型件的表面精度有关还与成型的时间有关。若采用较大的层厚值，产品的成型时间短但 精度会很低；若采用较小的层厚值，产品的成型精度高但是成型时间会很长，所以在成型时 间和成型精度之间就存在一种矛盾。也就是说在快速成型时一方面要减小成型时间，另一 方面要提高表面精度，这样才能达到双赢。但目前工艺处理软件中大多采用等层厚分层方 法，请参见图1，该分层方法简单但不能解决成型精度和成型效率之间的矛盾。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于模型表面曲率的自适 应分层算法，该算法可以在保证成型产品精度的前提下，缩短成型时间，提高成型效率。
[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种三维打印自 适应分层算法，采用以下步骤：
[0005] -）根据STL格式的三维模型的三角形法向量求出每个三角形的法向量与水平面 的夹角α。；
[0006] 二）根据以下公式求出每个三角形对应的层厚t。：
[0008] 其中，C为三维打印分层程序的预设精度，α为三角形法向量与水平面的夹角，t 为三角形对应的层厚值；
[0009] 三）取t。的最大值作为试切值，对STL格式的三维模型进行试分层，从模型的底 部开始；
[0010] 四）在完成第一次试分层后，取出第一个试分层内所包含的所有三角形以及与试 切值相交的所有三角形，作为对应第一个试分层的三角形，根据三角形的法向量求出对应 第一个试分层的每个三角形与水平面的夹角，采用步骤二）中的公式计算出对应第一个 试分层的每个三角形的层厚值h，取h的最小值作为第一层的层厚值；
[0011] 五）在第一层的层厚值确定后，在第一层的基础上以试切值为层厚进行第二次试 分层；
[0012] 六）重复步骤四）确定第二层的层厚值；
[0013] 七）反复重复步骤五）~六），直至完成整个STL格式的三维模型的分层。
[0014] 本发明具有的优点和积极效果是：以模型表面的曲率为分层依据，在曲率大的部 位采用较小的层厚值，在曲率小的部位采用较大的层厚值，在保证成型产品精度的前提下， 能够缩短成型时间，提高成型效率。本发明既能保证打印精度，又能提高成型效率。
【附图说明】
[0015] 图1为现有的等层厚分层效果图；
[0016] 图2为现有的STL格式三维模型示意图；
[0017] 图3为STL格式三维模型层厚计算示意图；
[0018] 图4为本发明的分层过程示意图；
[0019] 图5为采用本发明的分层效果图。
【具体实施方式】
[0020] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：
[0021] 请参见图2,当前三维打印分层程序处理的三维模型为STL格式，STL格式的三维 模型将实物三角面片化，即采用许多三角形面片构成实物模型的曲线外型，因此，STL格式 的三维模型是对实物的一种近似。三维模型的STL文件中包含每个三角形的三点坐标值和 该三角形的法向量。
[0022] 要想实现自适应分层，需先计算出模型各个部位的曲率。然后根据曲率的大小自 动的采用相应的层厚值。
[0023] 具体方法为：
[0024] -）请参见图3,根据STL格式的三维模型的三角形的法向量η求出每个三角形的 法向量与水平面的夹角α。。
[0025] 二）根据以下公式求出每个三角形对应的层厚t。：
[0027] 其中，C为三维打印分层程序的预设精度，α为三角形法向量与水平面的夹角，t 为三角形对应的层厚值。
[0028] 三）取t。的最大值作为试切值，对STL格式的三维模型进行试分层，从模型的底 部开始；
[0029] 四）在完成第一次试分层后，取出第一个试分层内所包含的所有三角形以及与试 切值相交的所有三角形，作为对应第一个试分层的三角形，根据三角形的法向量求出对应 第一个试分层的每个三角形与水平面的夹角，采用步骤二）中的公式计算出对应第一个 试分层的每个三角形的层厚值t，取^的最小值作为第一层的层厚值，分层过程请参见图 4 ；
[0030] 五）在第一层的层厚值确定后，在第一层的基础上以试切值为层厚进行第二次试 分层；
[0031] 六）重复步骤四）确定第二层的层厚值；
[0032] 七）反复重复步骤五）~六），直至完成整个STL格式的三维模型的分层。分层完 成后的效果图请参见图5。
[0033] 在上述自适应分层算法中，以模型某一部位的三角形法向量与水平面夹角的大小 代表模型该处曲率的大小。根据工艺软件预设的精度，计算出STL文件中每个三角形所对 应的层厚，取所有层厚值中的最大值作为试切值，以该试切值来试切模型，得到对应试切层 的所有三角形，包括试切层厚内所有的三角形以及与试切值相交的三角形。然后找到对应 试切层的所有三角形的法向量并计算出法向量与水平面的夹角，根据计算层厚的公式，算 出该层厚内所有三角形所对应的层厚值，取其中的最小值作为该层的层厚值。在切下一层 时，在已切层的基础上，仍以试切值进行切片，按照已切层层厚值的确定方法计算当前层的 层厚值。循环进行上述分层过程，直到三维模型被完全分层。
[0034] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上 述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可 以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种Ξ维打印自适应分层算法，其特征在于，采用W下步骤： 一） 根据STL格式的Ξ维模型的Ξ角形法向量求出每个Ξ角形的法向量与水平面的夹 角α〇; 二） 根据W下公式求出每个Ξ角形对应的层厚t。：其中，C为Ξ维打印分层程序的预设精度，α为Ξ角形法向量与水平面的夹角，t为Ξ角形对应的层厚值； Ξ)取t。的最大值作为试切值，对S化格式的Ξ维模型进行试分层，从模型的底部开 始； 四） 在完成第一次试分层后，取出第一个试分层内所包含的所有Ξ角形W及与试切值 相交的所有Ξ角形，作为对应第一个试分层的Ξ角形，根据Ξ角形的法向量求出对应第一 个试分层的每个Ξ角形与水平面的夹角Qi，采用步骤二）中的公式计算出对应第一个试分 层的每个Ξ角形的层厚值ti，取ti的最小值作为第一层的层厚值； 五） 在第一层的层厚值确定后，在第一层的基础上W试切值为层厚进行第二次试分 层； 六） 重复步骤四）确定第二层的层厚值； 屯）反复重复步骤五）~六），直至完成整个S化格式的Ξ维模型的分层。
【专利摘要】本发明公开了一种三维打印自适应分层算法，采用以下步骤：一)根据STL格式的三维模型的三角形法向量求出每个三角形的法向量与水平面的夹角α0；二)求出每个三角形对应的层厚t0；三)取t0的最大值作为试切值，对STL格式的三维模型进行试分层，从模型的底部开始；四)在完成第一次试分层后，确定第一层的层厚值；五)在第一层的层厚值确定后，在第一层的基础上以试切值为层厚进行第二次试分层；六)重复步骤四)确定第二层的层厚值；七)反复重复步骤五)～六)，直至完成整个STL格式的三维模型的分层。本发明在保证成型产品精度的前提下，能够缩短成型时间，提高成型效率。既能保证打印精度，又能提高成型效率。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y50/00
【公开号】CN105398056
【申请号】CN201510881768
【发明人】王太勇, 李红宾, 孙建, 张雷, 于志强
【申请人】天津大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月3日