CN104890238B - 三维打印方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种三维打印方法及系统，涉及三维打印领域，该方法包括步骤：读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积和/或模型是否需要支撑；若模型超出打印体积，则遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；若模型需要支撑，则利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；若上述两种情况均不存在，则以默认打印方向作为实际打印方向；按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。本发明可预处理三维数字模型，优选最合适合理的打印方向进行打印，优化打印结果，提高打印成功率。
Description
技术领域
本发明属于三维打印领域，特别涉及一种三维打印方法及系统。
背景技术
借助于计算机控制和快速成型材料等技术的发展，三维打印成为当前工业设计、制造行业的热门话题，通过计算机控制喷头，现有技术已可以成功地将计算机虚拟设计的三维数字模型打印成真实的物品。三维打印是一个将虚拟模型通过逐层打印构造成实体物品的过程，在将虚拟转化为现实时需要面对虚拟设计中所未考虑的实际物理性质的影响，典型地如物体的重力、重心、体积、各方向长度以及打印环境等因素，都可能影响成品的实际效果。
在三维打印时，起始打印方向对成品率有较大影响，对于不太规则的物体，打印过程中重力会逐渐产生作用影响物体的稳定性，因而打印方向不对可能会造成打印失败和浪费材料等结果。例如，在打印如图1所示的物体时，如果选择了左侧方案为打印方向，则物体打印过程中重心稳定，效果最佳；如果选择了右侧方案为打印方向，则因为重心不稳很难保证模型和打印平板的贴合，打印很可能会失败。
为解决上述问题，现有技术一般会在用户选定模型后再让用户选择起始打印方向。在人工设定的情况下，打印方向的选择很需要经验，专业的工程师一般可以根据经验选择一个合适的打印方向；越有经验的工程师，选择的方向越理想，从而可得到更好的打印效果。然而，个人消费者用户一般没有很多三维打印经验，特别是初学者，经验更少，往往使用默认的模型打印方向，既Z轴向上。通常专门针对三维打印而设计的模型为了方便打印，设计完成的默认方向已经是最优方向；但是，更多的三维数字模型本身并不是为三维打印所设计的，因此很多时候三维打印方向未必为最优方向，大大影响了三维打印的成品率。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维模型预处理的三维打印技术，在向三维打印机输出三维形体时，通过分析和处理三维数字模型，确定合适的打印方向；采用本发明的技术方案可大幅优化三维打印效果。
根据本发明的一个方面，提供了一种三维打印方法，包括步骤：
读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积和/或模型是否需要支撑；
若模型超出打印体积，则遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
若模型需要支撑，则利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
若上述两种情况均不存在，则以默认打印方向作为实际打印方向；
按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
基于上述方法，优选地，所述遍历旋转角度筛选包括步骤：
在默认打印方向下将模型的中心平移到打印体积的中心；
进行边界检查，定义第一目标函数为在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离，计算默认打印方向下第一目标函数值；
以二分法调整旋转角度进行遍历，分别计算各旋转角度下的第一目标函数值；
若在遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况，则直接以当前旋转角度对应方向作为实际打印方向；若遍历结束也无第一目标函数值为0的情况，则以第一目标函数值最小的旋转角度缩小模型并以其对应方向作为实际打印方向。
基于上述方法，优选地，所述利用支撑系统生成算法筛选包括步骤：
定义第二目标函数为需要生成的支撑体积，读取模型的各个三角形，判断其是否满足作为底面的条件；
若某三角形可作为底面，则将该三角形及其法矢量加入备选打印方向集合；
对于备选打印方向集合中的每个打印方向按底面积大小排序，随后计算每个打印方向第二目标函数值，以第二目标函数值最小的作为实际打印方向。
基于上述方法，优选地，三角形面满足作为底面的条件包括：
以三角形所在的面为xy平面，以三角形法矢量的反向为z轴，以三角形中心为原点，建立坐标系，将模型旋转至该坐标系下；如果模型全部点的z值都不小于0，那么此三角形可以作为底面。
基于上述方法，优选地，所述每个打印方向按底面积大小排序包括：
对于每个打印方向，计算属于这个方向的三角形面积之和作为该方向的底面积并以此排序。
基于上述方法，优选地，所述以二分法调整旋转角度进行遍历包括：
预设模型的初始旋转角度和最小旋转角度，预设当前旋转角度为初始旋转角度；
遍历时，每次按当前旋转角度的大小旋转模型，计算旋转后的第一目标函数值并与旋转前第一目标函数值比较，选择值较小的作为新的方向；在新的方向的基础上继续旋转模型，直至遍历完当前旋转角度下的所有方向；
若未出现第一目标函数值为0的情况，在将当前旋转角度的值乘以1/2后重复上述遍历；
若在上述遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况、或者当前旋转角度小于最小旋转角度，则结束遍历输出第一目标函数值为0或最小的方向。
基于上述方法，优选地，所述方法中，预设可接受的最小底面积值，该最小面积值由支撑是否牢固决定，小于此值的底面积不予考虑。
根据本发明的另一个方面，还同时提供了一种三维打印系统，包括：
预置模块，用于读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断模块，用于判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积和/或模型是否需要支撑；
旋转优化模块，用于在模型超出打印体积时，遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
支撑优化模块，用于在模型需要支撑时，利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
默认打印模块，用于在上述两种情况均不存在时，以默认打印方向作为实际打印方向；
打印控制模块，用于按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
基于上述系统，优选地，所述旋转优化模块包括：
平移模块，用于在默认打印方向下将模型的中心平移到打印体积的中心；
检查模块，用于进行边界检查，定义第一目标函数为在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离，计算默认打印方向下第一目标函数值；
遍历模块，用于以二分法调整旋转角度进行遍历，分别计算各旋转角度下的第一目标函数值；
第一输出模块，用于在遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况时，直接以当前旋转角度对应方向作为实际打印方向；或者在遍历结束也无第一目标函数值为0的情况时，以第一目标函数值最小的旋转角度缩小模型并以其对应方向作为实际打印方向。
基于上述系统，优选地，所述支撑优化模块包括：
底面判定模块，用于定义第二目标函数为需要生成的支撑体积，读取模型的各个三角形，判断其是否满足作为底面的条件；
备选集模块，用于在某三角形可作为底面时，将该三角形及其法矢量加入备选打印方向集合；
第二输出模块，用于对备选打印方向集合中的每个打印方向按底面积大小排序，随后计算每个打印方向第二目标函数值，以第二目标函数值最小的作为实际打印方向。
基于上述系统，优选地，所述底面判定模块包括：
法矢量判定模块，用于以三角形所在的面为xy平面，以三角形法矢量的反向为z轴，以三角形中心为原点，建立坐标系，将模型旋转至该坐标系下；如果模型全部点的z值都不小于0，那么此三角形可以作为底面。
基于上述系统，优选地，所述第二输出模包括：
排序模块，用于对于每个打印方向，计算属于这个方向的三角形面积之和作为该方向的底面积并以此排序。
基于上述系统，优选地，所述遍历模块包括：
预设模块，用于预设模型的初始旋转角度和最小旋转角度，预设当前旋转角度为初始旋转角度；
循环遍历模块，用于在遍历时，每次按当前旋转角度的大小旋转模型，计算旋转后的第一目标函数值并与旋转前第一目标函数值比较，选择值较小的作为新的方向；在新的方向的基础上继续旋转模型，直至遍历完当前旋转角度下的所有方向；
折半模块，用于在未出现第一目标函数值为0的情况时，在将当前旋转角度的值乘以1/2后重复上述遍历；
结束输出模块，用于在上述遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况、或者当前旋转角度小于最小旋转角度时，结束遍历输出第一目标函数值为0或最小的方向。
基于上述系统，优选地，所述排序模块中，预设可接受的最小底面积值，该最小面积值由支撑是否牢固决定，小于此值的底面积不予考虑。
相对于现有技术，本发明通过分析和预处理数字模型，可以对打印方向进行多种优化，从而优选出最合适合理的打印方向，可大幅优化三维打印效果，保证三维打印实体以最实用最经济的方式输出。
附图说明
图1是常见两种打印方式的效果示意图；
图2是本发明的一个优选实施例中三维打印方法的流程示意图；
图3是本发明的实施例一中优化前后打印效果示意图；
图4是本发明的实施例二中优化前打印效果示意图；
图5是本发明的实施例二中优化后打印效果示意图；
图6是是本发明的一个优选实施例中三维打印系统的模块结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在三维打印过程中，三维形体的数字模型要与实物对应，通常具备一定的轮廓、形状、各方向长度和体积等物理特性，同时三维打印的硬件配置中也包括如打印平台大小、打印中心、容积等物理特性，普通虚拟模型设计时无需考虑的很多特性在转换成实体时都会对三维打印效果产生一定的影响。
在本发明的实施例中，为了保证虚拟模型向三维打印实体转换时获得稳定可靠的产品，在打印之前对数字模型进行了预处理，通过旋转优化，确定实际打印方向，从而保证三维打印实体以最实用最经济的方式输出。
下面对本发明的原理及优选实施方式做进一步说明。首先参见图3-5，在打印方向设置不当时，最常出现的两种问题是超出打印体积或产生支撑体积。
实施例一，旋转优化
例如图3所示，图3左为模型(内部矩形)默认的打印方向，模型超过打印体积(外部边框)大小，若按默认方向则无法打印；现有技术中会认为模型过大，直接缩小模型后再按默认方向打印。而本发明的优选实施例一则会自动尝试进行旋转优化，比如图3右为优化过的打印方向，在该方向上可以不缩小模型即直接打印，从而保证了理想的打印效果。
具体地，本发明的优选实施例一中首先基于打印空间对打印方向进行优化。优化目的是自动旋转模型，寻找一个优化的角度作为新的打印方向，使得模型在不调整大小的情况下可以直接被打印。如果优化无法找到合适的角度，则意味着模型确实过大，需要提示用户缩小模型后打印。角度优化优选采用下述方式进行：
1.将模型的中心平移到打印体积的中心，并按模型的默认方向放置。
2.检查模型是否在打印体积内部。此处主要检测模型与打印空间的边界，判断模型是否有超出边界部分，可以采取多种检测方法，例如计算模型包围体、计算模型凸包、或者检查模型每个点的坐标。如果模型在打印空间内部，那么本次优化结束，不进行任何操作，保持模型默认的打印方向。
3.如果模型不在打印空间内部，那么开始进行优化。
3.1.定义目标函数为在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离。本发明优选实施例中优化目标为选用该距离最小的方案。
3.2.定义模型初始旋转角度为Ai。此角度有方向，+Ai度和-Ai度。
3.3.定义模型最小旋转角度为Amin。
3.4.定义当前旋转角度为Ac；初始值设为Ac＝Ai。
3.5.定义当前的模型角度为Ao；初始值为0。
3.6.开始循环，将模型旋转+Ac度和-Ac度，分别计算目标函数，把新的目标函数值和当前值Ao计算的目标函数值相比，将值较小的优化方向定位新的方向，更新Ao为+Ac或者-Ac。继续此循环。每次检查目标函数如果值为0，那么意味着模型已经在打印平板内部，停止算法，结束优化。如果没有出现值为0的情况，那么直到遍历完全部旋转方式，即所有旋转角度均已作为当前角度计算过为止。举例来说，设初始当前角度为0，当前旋转角度45°，每次将模型旋转+45°或-45°，选取其中目标函数值(在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离)较小的方向作为新方向；首次旋转后当前角度可能变为+45°或-45°，再次旋转则可能变为+90°或-90°，然后可能为+135°或-135°，最后可能为+180°(角度中±180°为同一角度)；随后则因为+225°与-135°实际为同一角度，已计算过其目标值，则表示本次遍历结束。当然，在上述遍历过程中若出现目标值为0的情况，则直接以其作为优化结果结束算法。
3.7.前次遍历结束未找到优化结果，则将Ac缩小为以前的一半，Ac＝Ac/2，以更小的粒度继续上面的遍历计算，直到Ac<Amin为止。
3.8.如果Ac<Amin，那么说明没有找到合适的优化解，换而言之，模型过大，不可能直接打印，需要返回给用户信息，告知用户必须缩小模型。缩小模型时，优选以之前计算过程中目标值最小的方向进行，这样理论上说缩小的幅度最轻，可获得最接近于原始模型大小的打印成品。优选地，缩小模型可由用户手动进行或自动进行，自动进行时，以目标值最小的方向缩小模型至目标值正好为0。
实施例二，倾角支撑优化
如图4所示，当被打印物存在较大倾角的时候，由于FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉积成型)打印过程总是从下至上的打印，所以必须生成额外的支撑，这些支撑使用额外的耗材，最终要从物体本身剥离，浪费了耗材，同时增加了额外的打印时间。图4左中，上方带有倾角大梯形物为被打印的物体，下方三角形物为必须生成的支撑物；图4右为该支撑物的形状示意。
但是进一步参见图5，同样是图4中的被打印物，如果选择图5所示的打印方向进行三维打印，则此两种打印方向都不需要生成额外的支撑系统，可有效节省材料。当然，图5的示例属于较为简单情况，实际情况中很可能无论如何调整也不可避免地需要生成支撑，但不同的方式进行打印所需支撑体积可能不同。本发明的优选实施例二中，就是通过计算优化，给出支撑体积最小的最优打印方向。此外，在图5所例举的两种方案中，即使都不生成支撑，其方案本身也存在优劣。在图5的两种情况中，虽然都不需要生成支持，但是三维打印需要保证第一层和打印平板粘合比较牢固，所以图5左因为接触面积较大，牢固度及稳定性要优于图5右，本发明的优选实施例二还可帮助优化来自动选择左侧的方向，而避免右侧的方向。
具体地，本发明的优选实施例二中倾角支撑优化采用下述方式进行：
1.1.定义目标函数为需要生成的支撑体积，优化目标是尽可能找到目标函数的最小值，即支撑体积最小的方案。这个体积由支撑算法计算，支撑算法可以计算当前打印方向下，所需要生成的支撑体积。
1.2.对于三维数字模型，所有的面最终都可以化成三角形面来处理，因而此处根据三角形的法矢量方向，首先将模型的每个面进行分类，确定可作为底面的备选方案。其中，三角形可以作为底面的条件为：以三角形所在的面为xy平面，以三角形法矢量的反向为z，以三角形中心为原点，建立坐标系，将模型旋转至该坐标系下；如果模型全部点的值都不小于0(即点都分布在z轴上方)，那么此三角形可以作为底面。遍历模型的各个面，如果其三角形面满足可以作为底面的条件，那么将该三角形面及其法矢量加入集合，从而得出可能备选的打印方向集合。
1.3.对于备选的打印方向集合中的每个方向，计算属于这个方向的三角形面积之和Si；之后，按照面积从大到小的顺序，将备选打印方向进行排序。
1.4.定义可以接受的最小底面面积为Smin。
1.5.对于备选的打印方向集合中已经排好序的每个方向进行循环，如果Si>Smin，那么计算所需的支撑体积，选择目标函数(即支撑体积)最小值作为算法的返回结果。由此，本发明的优选实施例二可以优选出支撑体积最小且底面积最大的优化方案。
在本发明的优选实施方式中，实施例一和实施例二可单独采用亦可结合使用。在较优选的实施方式中，二者结合使用以同时避免上述常见的两类问题，以获得更加理想的打印效果。结合使用时，两实施例优化方式的执行顺序并无严格限制，比如在选择支撑体积最小方向后进一步判断其是否超出打印范围，又或者旋转优化后再优选支撑体积最小的方向等等。本发明的文字描述仅仅例举了几种典型的实施方式，在此不应理解为对本发明具体实施的限制。参见图2，在本发明的一个优选实施例中，三维打印方法包括步骤：
读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积和/或模型是否需要支撑；
若模型超出打印体积，则遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
若模型需要支撑，则利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
若上述两种情况均不存在，则以默认打印方向作为实际打印方向；
按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此，本领域相关技术人员应能理解，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种三维打印系统2，如图6所示，与上述方法步骤一一对应地，该系统2包括：
预置模块21，用于读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断模块22，用于判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积和/或模型是否需要支撑；
旋转优化模块23，用于在模型超出打印体积时，遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
支撑优化模块24，用于在模型需要支撑时，利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
默认打印模块25，用于在上述两种情况均不存在时，以默认打印方向作为实际打印方向；
打印控制模块26，用于按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
更具体地，本发明上述各优选实施例中的方法或其步骤均依赖特定的功能模块实现，原则上各模块的功能划分与上述方法步骤一一对应，对于重复内容在此不再赘述。
本发明旨在保护一种三维打印方法及系统，通过分析和预处理数字模型，优选出最合适合理的打印方向，依照优化后方向进行打印，可大幅优化三维打印效果，从而保证三维打印实体以最实用最经济的方式输出。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (14)
1.一种三维打印方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积或模型是否需要支撑；
若模型超出打印体积，则遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
若模型需要支撑，则利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
若上述两种情况均不存在，则以默认打印方向作为实际打印方向；
按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遍历旋转角度筛选包括步骤：
在默认打印方向下将模型的中心平移到打印体积的中心；
进行边界检查，定义第一目标函数为在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离，计算默认打印方向下第一目标函数值；
以二分法调整旋转角度进行遍历，分别计算各旋转角度下的第一目标函数值；
若在遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况，则直接以当前旋转角度对应方向作为实际打印方向；若遍历结束也无第一目标函数值为0的情况，则以第一目标函数值最小的旋转角度缩小模型并以其对应方向作为实际打印方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用支撑系统生成算法筛选包括步骤：
定义第二目标函数为需要生成的支撑体积，读取模型的各个三角形，判断其是否满足作为底面的条件；
若某三角形可作为底面，则将该三角形及其法矢量加入备选打印方向集合；
对于备选打印方向集合中的每个打印方向按底面积大小排序，随后计算每个打印方向第二目标函数值，以第二目标函数值最小的作为实际打印方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，三角形面满足作为底面的条件包括：
以三角形所在的面为xy平面，以三角形法矢量的反向为z轴，以三角形中心为原点，建立坐标系，将模型旋转至该坐标系下；如果模型全部点的z值都不小于0，那么此三角形可以作为底面。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每个打印方向按底面积大小排序包括：
对于每个打印方向，计算属于这个方向的三角形面积之和作为该方向的底面积并以此排序。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以二分法调整旋转角度进行遍历包括：
预设模型的初始旋转角度和最小旋转角度，预设当前旋转角度为初始旋转角度；
遍历时，每次按当前旋转角度的大小旋转模型，计算旋转后的第一目标函数值并与旋转前第一目标函数值比较，选择值较小的作为新的方向；在新的方向的基础上继续旋转模型，直至遍历完当前旋转角度下的所有方向；
若未出现第一目标函数值为0的情况，
在将当前旋转角度的值乘以1/2后重复上述遍历；
若在上述遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况或者当前旋转角度小于最小旋转角度，则结束遍历输出第一目标函数值为0或最小的方向。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法中，预设可接受的最小底面积值，该最小面积值由支撑是否牢固决定，小于此值的底面积不予考虑。
8.一种三维打印系统，其特征在于，所述系统包括：
预置模块，用于读取模型数据，确定模型形状，按默认打印方向预置模型；
判断模块，用于判断在当前打印方向下模型是否超出打印体积或模型是否需要支撑；
旋转优化模块，用于在模型超出打印体积时，遍历旋转角度筛选边界距离最小的打印方向作为实际打印方向；
支撑优化模块，用于在模型需要支撑时，利用支撑系统生成算法筛选支撑体积最小且底面积较大的打印方向作为实际打印方向；
默认打印模块，用于在上述两种情况均不存在时，以默认打印方向作为实际打印方向；
打印控制模块，用于按照实际打印方向重新配置模型数据，控制喷头按照实际打印方向进行三维打印。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述旋转优化模块包括：
平移模块，用于在默认打印方向下将模型的中心平移到打印体积的中心；
检查模块，用于进行边界检查，定义第一目标函数为在打印空间以外的模型点到打印空间矩形边界的距离，计算默认打印方向下第一目标函数值；
遍历模块，用于以二分法调整旋转角度进行遍历，分别计算各旋转角度下的第一目标函数值；
第一输出模块，用于在遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况时，直接以当前旋转角度对应方向作为实际打印方向；或者在遍历结束也无第一目标函数值为0的情况时，以第一目标函数值最小的旋转角度缩小模型并以其对应方向作为实际打印方向。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述支撑优化模块包括：
底面判定模块，用于定义第二目标函数为需要生成的支撑体积，读取模型的各个三角形，判断其是否满足作为底面的条件；
备选集模块，用于在某三角形可作为底面时，将该三角形及其法矢量加入备选打印方向集合；
第二输出模块，用于对备选打印方向集合中的每个打印方向按底面积大小排序，随后计算每个打印方向第二目标函数值，以第二目标函数值最小的方向作为实际打印方向。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述底面判定模块包括：
法矢量判定模块，用于以三角形所在的面为xy平面，以三角形法矢量的反向为z轴，以三角形中心为原点，建立坐标系，将模型旋转至该坐标系下；如果模型全部点的z值都不小于0，那么此三角形可以作为底面。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第二输出模包括：
排序模块，用于对于每个打印方向，计算属于这个方向的三角形面积之和作为该方向的底面积并以此排序。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述遍历模块包括：
预设模块，用于预设模型的初始旋转角度和最小旋转角度，预设当前旋转角度为初始旋转角度；
循环遍历模块，用于在遍历时，每次按当前旋转角度的大小旋转模型，计算旋转后的第一目标函数值并与旋转前第一目标函数值比较，选择值较小的方向作为新的方向；在新的方向的基础上继续旋转模型，直至遍历完当前旋转角度下的所有方向；
折半模块，用于在未出现第一目标函数值为0的情况时，在将当前旋转角度的值乘以1/2后重复上述遍历；
结束输出模块，用于在上述遍历过程中出现第一目标函数值为0的情况或者当前旋转角度小于最小旋转角度时，结束遍历输出第一目标函数值为0或最小的方向。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述排序模块中，预设可接受的最小底面积值，该最小面积值由支撑是否牢固决定，小于此值的底面积不予考虑。
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| US10518480B2 (en) * | 2018-04-02 | 2019-12-31 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, methods, and media for artificial intelligence feedback control in additive manufacturing |
| US11084225B2 (en) | 2018-04-02 | 2021-08-10 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, methods, and media for artificial intelligence process control in additive manufacturing |
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| CN113609667B (zh) * | 2021-07-30 | 2024-03-15 | 深圳市创想三维科技股份有限公司 | 模型布局方法、装置、计算机设备和存储介质 |
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| CN115256592A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-11-01 | 中国科学院金属研究所 | 一种陶瓷3d打印模型的矫正方法、装置和存储介质 |
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| CN117140948B (zh) * | 2023-09-28 | 2024-04-05 | 常州维仁数字科技有限公司 | 一种高精度打印纤维增强构件的3d打印装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103481516A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-01-01 | 珠海天威飞马打印耗材有限公司 | 三维实体物品快速成型方法 |
| CN103495731A (zh) * | 2013-09-03 | 2014-01-08 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种选择性激光熔化制备纯钛多孔结构的方法 |
| WO2014173674A1 (de) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Optimierung eines fertigungsprozesses |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014173674A1 (de) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Optimierung eines fertigungsprozesses |
| CN103495731A (zh) * | 2013-09-03 | 2014-01-08 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种选择性激光熔化制备纯钛多孔结构的方法 |
| CN103481516A (zh) * | 2013-09-24 | 2014-01-01 | 珠海天威飞马打印耗材有限公司 | 三维实体物品快速成型方法 |
| CN104608391A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-05-13 | 英华达（上海）科技有限公司 | 一种确定立体列印机的列印方向的方法及系统 |
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