CN104503711B - 一种3d打印的自适应分层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印的自适应分层方法，本发明在读取STL模型数据的过程中，根据每一个三角面片的法向量计算其对应的分层高度，随后根据每一个三角面片的分层高度计算竖直方向上任意高度范围内的最优分层高度，并建立分层高度表HT，之后的分层操作所需的分层高度只需查HT表即可；本发明具有提高了分层效率，并得到高精度的分层轮廓数据；为3D打印机高效率、高精度打印提供了可靠数据支持的特点。

Description

一种3D打印的自适应分层方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种分层效率高，可得到高精度的分层轮廓数据的3D打印的自适应分层方法。
背景技术
在3D打印(快速成型)技术领域中，FDM(Fused Deposition Modeling)工艺是一种分层制造技术，在模型的每一层依靠加热喷嘴融化喷嘴内部材料，喷挤出热熔丝，通过逐层的材料堆积最终实现模型的制造。在这一过程中，通过对三维模型数据(STL模型数据)进行切片以获得控制打印机工作层面数据。通常采用等层厚分层方法，如图1所示。
在切片过程中，切片方法和切片层厚的选择对切片效率，成型速度和精度具有较大影响。传统的切片方法为均匀等层厚切片，通常来讲，为了更好的表现模型细节丰富区域以及避免斜面出现阶梯效应，在这些区域应采用尽量小的层厚，而对于其他区域为了加快成型速度应采用较大层厚进行切片，需要进行自适应分层切片。
现有的自适应分层方法主要分为两类：即基于相邻层面积变化的方法和基于分层高度处表面曲率的方法。基于相邻层面积变化的方法经常会漏掉特征，分层效果一般；如图2所示，基于表面曲率的方法需要进行试切操作，增加了运算量，降低了分层效率。
中国专利授权公开号：CN103777911A，授权公开日2014年5月7日，公开了一种3D打印中的自适应分层方法，包括如下步骤：步骤1、根据相应3D打印设备得到最大允许层厚和最小允许层厚；步骤2、根据得到的最小允许厚度，利用切片软件处理需加工实体的三维模型，得到需加工实体的SLC文件；步骤3、读取得到的SLC文件，得到实体轮廓信息，包括总的分层数目n、每层轮廓的多边形集以及相应的层高，其中：n是大于1的自然数，层高为每层轮廓在Z轴方向的坐标值；步骤4、保留第一层轮廓作为初始保留下来的最顶层轮廓，然后设i初始值为2；步骤5、计算第i层轮廓和保留下来的最顶层轮廓之间的相交多边形集。该发明的不足之处是，分层效率低，获得的分层轮廓数据精度低。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的自适应分层方法的分层效率低，分层轮廓数据精度低的不足，提供了一种分层效率高，可得到高精度的分层轮廓数据的3D打印的自适应分层方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印的自适应分层方法，包括如下步骤：
(1-1)将需要打印的物体W的STL模型数据存储到计算机中，STL模型数据中包括n个三角面片Fi(i∈n)、与各个三角面片相对应的法向量ni、与各个三角面片相对应的高度范围区间[Zi0，Zi1]；
(1-2)计算机读取STL模型数据，计算n个高度范围区间的各个最大值Zi1、各个最小值Zi0中的总最小值Zmin和总最大值Zmax；
(1-3)计算机读取各个三角面片的法向量ni，设定分层方向为Z轴正向，Z轴的单位方向矢量为Z(0，0，1)，计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的法向量与Z轴正向的夹角αi；其中，ni·Z为向量点积，|ni|为法向量ni的绝对值，|Z|为单位方向矢量Z的绝对值；
(1-4)计算每个三角面片的最优分层厚度：
计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的最优分层厚度hi；
其中，hi∈[hmin，hmax]，a，b是设定的调节参数，hmin和hmax分别为计算机中设定的最小分层厚度和最大分层厚度；
(1-5)建立分层高度表HT：
各个三角面片的高度范围区间的最大值及最小值将Z轴分成m条线段Lj，j＝1，2，...，m，设定每条线段内的分层厚度为高度范围区间包含Lj的所有三角面片的hi的最小值hi′，建立Lj与各个hi′相对应的分层高度表HT；
(1-6)设定初始分层高度Z′＝Zmin+hmin；
(1-7)在高度Z′处进行分层操作，获得该层的轮廓数据；
(1-8)在分层高度表HT中查找与高度值Z′对应的分层厚度hi′，使分层高度Z′的值增加hi′；
当Z′＜Zmax，转入步骤到(1-7)；
(1-9)得到物体W的各层轮廓数据。计算机控制3D打印机按照各层轮廓数据打印。
本发明在读取STL模型数据的过程中，根据每一个三角面片的法向量计算其对应的分层高度，随后根据每一个三角面片的分层高度计算竖直方向上任意高度范围内的最优分层高度，并建立分层高度表HT，之后的分层操作所需的分层高度只需查HT表即可。
本发明计算STL模型的每一个三角面片的最优分层厚度，并且基于每个三角面片的高度范围区间最大值、最小值及范围建立Lj与各个hi′相对应的分层高度表HT；本发明的分层方法不会漏掉每个三角面片的特征，并且无需进行试切操作，提高了分层效率，并得到高精度的分层轮廓数据，为3D打印机高效率、高精度打印提供了可靠数据支持。
作为优选，所述由公式hi＝a1αi+b1代替，其中，a1，b1设定的为调节参数。
作为优选，hmin为0.08至0.12毫米。
作为优选，hmax为0.35至0.43毫米。
作为优选，a1为0.57至1，b1为hmin。
作为优选，a为0.5至0.86，b为0。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提高了分层效率，并得到高精度的分层轮廓数据；
(2)为3D打印机高效率、高精度打印提供了可靠数据支持。
附图说明
图1是现有技术中的一种等层厚分层模型；
图2是现有技术中的基于表面曲率的一种自适应分层示意图；
图3是本发明的分层高度表HT建立过程的一种示意图；
图4是本发明的是实施例1的一种流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，现有技术中通常采用等层厚分层方法，其中横线为分层线；图2是基于表面曲率的一种自适应分层示意图，其中横线为分层线，下部分层线处模型具有较小的曲率，因此可以采用较大分层，而上部分层线处模型具有较大曲率，应该采用较小分层。
实施例1
如图4所示的实施例是一种3D打印的自适应分层方法，包括如下步骤：
步骤100，将需要打印的圆球W的STL模型数据存储到计算机中，STL模型数据中包括1000个三角面片Fi(i∈1000)、与各个三角面片相对应的法向量ni、与各个三角面片相对应的高度范围区间[Zi0，Zi1]；
步骤200，计算机读取STL模型数据，计算1000个高度范围区间的各个最大值Zi1、各个最小值Zi0中的总最小值Zmin和总最大值Zmax；
步骤300，计算机读取各个三角面片的法向量ni，设定分层方向为Z轴正向，Z轴的单位方向矢量为Z(0，0，1)，计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的法向量与Z轴正向的夹角αi；其中，ni·Z为向量点积，|ni|为法向量ni的绝对值，|Z|为单位方向矢量Z的绝对值；
步骤400，计算每个三角面片的最优分层厚度：
计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的最优分层厚度hi；
其中，hi∈[hmin，hmax]，a，b是设定的调节参数，hmin和hmax分别为计算机中设定的最小分层厚度和最大分层厚度；
步骤500，建立分层高度表HT：
各个三角面片的高度范围区间的最大值及最小值将Z轴分成m条线段Lj，j＝1，2，...，m，设定每条线段内的分层厚度为高度范围区间包含Lj的所有三角面片的hi的最小值hi′，建立Lj与各个hi′相对应的分层高度表HT；
如图3所示，图中左部的3条直线为三角面片F1，F2，F3的侧视图，F1的高度范围区间为[Z10，Z11]，F2的高度范围区间为[Z20，Z21]，F3的高度范围区间为[Z30，Z31]，F1的最优分层厚度为h1，F2的最优分层厚度为h2，F3的最优分层厚度为h3，Z10，Z11，Z20，Z21，Z30，Z31将Z轴分割为由上至下依次排列的5条线段Lj，j＝1，2，...，5；
L1仅被F3的高度范围区间包含，在分层高度表HT中L1与F1的最优分层厚度h1相对应；L2被F2、F3的高度范围区间包含，在分层高度表HT中L2与min(h2，h3)相对应；L3被F1、F2、F3的高度范围区间包含，在分层高度表HT中L3与min(hi1，h2，h3)相对应；L4被F1、F3的高度范围区间包含，在分层高度表HT中L4与min(hi1，h3)相对应；L5被仅F3的高度范围区间包含，在分层高度表HT中L5与F3的最优分层厚度h3相对应。
步骤600，设定初始分层高度Z′Zmin+hmin；
步骤700，在高度Z′处进行分层操作，获得该层的轮廓数据；
步骤800，在分层高度表HT中查找与高度值Z′对应的分层厚度hi′，使分层高度Z′的值增加hi′；
当Z′＜Zmax，转入步骤到700；
步骤900，得到圆球W的各层轮廓数据，计算机控制3D打印机按照得到的各层轮廓数据打印圆球W。
实施例1中，hmin为0.1毫米，hmax为0.4毫米，a为0.6，b为0。
实施例2
实施例2中用hi＝a1αi+b1代替实施例1中的其中，a1为0.7，b1为0.1毫米；实施例2中的其它步骤部分与实施例1中相同。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种3D打印的自适应分层方法，其特征是，包括如下步骤：
(1-1)将需要打印的物体W的STL模型数据存储到计算机中，STL模型数据中包括n个三角面片Fi(i∈n)、与各个三角面片相对应的法向量ni、与各个三角面片相对应的高度范围区间[Zi0，Zi1]；
(1-2)计算机读取STL模型数据，计算n个高度范围区间的各个最大值Zi1、各个最小值Zi0中的总最小值Zmin和总最大值Zmax；
(1-3)计算机读取各个三角面片的法向量ni，设定分层方向为Z轴正向，Z轴的单位方向矢量为Z(0，0，1)，计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的法向量与Z轴正向的夹角αi；其中，ni·Z为向量点积，|ni|为法向量ni的绝对值，|Z|为单位方向矢量Z的绝对值；
(1-4)计算每个三角面片的最优分层厚度：
计算机利用公式分别计算n个三角面片Fi的最优分层厚度hi；
其中，hi∈[hmin，hmax]，a，b是设定的调节参数，hmin和hmax分别为计算机中设定的最小分层厚度和最大分层厚度；
(1-5)建立分层高度表HT：
各个三角面片的高度范围区间的最大值及最小值将Z轴分成m条线段Lj，j＝1，2，...，m，设定每条线段内的分层厚度为高度范围区间包含Lj的所有三角面片的hi的最小值hi′，建立Lj与各个hi′相对应的分层高度表HT；
(1-6)设定初始分层高度Z′＝Zmin+hmin，hmin为0.08至0.12毫米；
(1-7)在高度Z′处进行分层操作，获得该层的轮廓数据；
(1-8)在分层高度表HT中查找与高度值Z′对应的分层厚度hi′，使分层高度Z′的值增加hi′；
当Z′＜Zmax，转入步骤到(1-7)；
(1-9)得到物体W的各层轮廓数据。
2.根据权利要求1所述的3D打印的自适应分层方法，其特征是，所述由公式hi＝a1αi+b1代替，其中，a1，b1设定的为调节参数。
3.根据权利要求1所述的3D打印的自适应分层方法，其特征是，hmax为0.35至0.43毫米。
4.根据权利要求2所述的3D打印的自适应分层方法，其特征是，a1为0.57至1，b1为hmin。
5.根据权利要求1或3所述的3D打印的自适应分层方法，其特征是，a为0.5至0.86，b为0。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109304870A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 珠海赛纳打印科技股份有限公司 3d打印方法及设备

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104899359A (zh) * 2015-05-14 2015-09-09 青岛尤尼科技有限公司 一种基于stl模型的切片分层方法
CN105058795B (zh) * 2015-08-06 2017-03-08 清华大学 增材制造的误差补偿方法
CN105398056A (zh) * 2015-12-03 2016-03-16 天津大学 三维打印自适应分层算法
CN105479747A (zh) * 2015-12-07 2016-04-13 深圳长朗科技有限公司 3d打印方法
US10761497B2 (en) * 2016-01-14 2020-09-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Printing 3D objects with automatic dimensional accuracy compensation
CN105729804B (zh) * 2016-03-07 2019-05-03 英华达（上海）科技有限公司 一种彩色立体列印的方法及装置
CN107336442A (zh) * 2016-05-03 2017-11-10 宝成工业股份有限公司 利用层纹线分析产出物品的方法
CN106056672B (zh) * 2016-05-24 2018-06-19 东南大学 一种基于形状特征的三维打印模型细节区域分区填充方法
CN107775956B (zh) * 2016-08-27 2018-12-07 北京易加三维科技有限公司 一种用于增材制造的优化轮廓扫描路径的方法
CN106671422B (zh) * 2016-12-20 2019-05-17 华南理工大学 一种制备生物支架的自适应直接切片方法
WO2018183174A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 3D Systems, Inc. Three dimensional printer processing image information to provide optimized mechanical control signals
CN107336433B (zh) * 2017-07-13 2019-09-20 武汉工程大学 一种3d打印自适应厚度分层方法
CN107571506B (zh) * 2017-08-30 2019-09-27 华中科技大学 一种自适应分层的増材制造方法
CN109421274B (zh) * 2017-09-05 2022-01-25 大族激光科技产业集团股份有限公司 3d打印方法、存储介质以及3d打印设备
WO2019160507A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Agency For Science, Technology And Research Method and system for additive manufacturing
CN108501381B (zh) * 2018-02-26 2020-07-28 武汉工程大学 3d打印分层厚度自适应切片方法
CN108995219B (zh) * 2018-05-31 2021-04-20 共享智能铸造产业创新中心有限公司 一种层厚可变的切片方法、3d打印方法及3d打印的产品
EP3578363B1 (en) * 2018-06-07 2022-09-14 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Method for operating an apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
CN109501272B (zh) * 2018-10-22 2020-03-31 西安交通大学 一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法及其增材制造方法
CN111319264B (zh) * 2018-12-17 2021-07-13 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 应用于3d打印设备的数据处理方法和3d打印设备
CN110176073B (zh) * 2019-05-20 2023-07-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 三维缺陷模型自动建模和自适应分层方法
CN114799205A (zh) * 2021-01-21 2022-07-29 中航迈特粉冶科技（北京）有限公司 一种零件增材制造方法、设备及计算机存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663883A (en) * 1995-08-21 1997-09-02 University Of Utah Research Foundation Rapid prototyping method
CN1339215A (zh) * 1999-01-26 2002-03-06 艾利森公司 利用查表代替乘法运算的最大似然序列估计
CN102298795A (zh) * 2011-08-10 2011-12-28 华侨大学 Stl三角网格模型的三维分段方法
CN103366069A (zh) * 2013-07-31 2013-10-23 济南大学 一种选择性激光烧结的分层算法
CN103934569A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 南京先进激光技术研究院 一种基于选择性激光烧结的分层切片方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663883A (en) * 1995-08-21 1997-09-02 University Of Utah Research Foundation Rapid prototyping method
CN1339215A (zh) * 1999-01-26 2002-03-06 艾利森公司 利用查表代替乘法运算的最大似然序列估计
CN102298795A (zh) * 2011-08-10 2011-12-28 华侨大学 Stl三角网格模型的三维分段方法
CN103366069A (zh) * 2013-07-31 2013-10-23 济南大学 一种选择性激光烧结的分层算法
CN103934569A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 南京先进激光技术研究院 一种基于选择性激光烧结的分层切片方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109304870A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 珠海赛纳打印科技股份有限公司 3d打印方法及设备

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