CN107336433B - 一种3d打印自适应厚度分层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印自适应厚度分层方法，它首先进行试分层，然后得到试分层每层的再分层厚度，然后根据再分层厚度再进行再分层，得到最终的分层高度表。这种分层方法能较好的解决台阶效应且成型时间较短。

Description

一种3D打印自适应厚度分层方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印自适应厚度分层方法。
背景技术
在3D打印技术领域中，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。现有技术传统的FDM技术中都是采用均匀等层厚切片，但是这种方法很难解决台阶效应，如果要减弱这种效应必须采用很小的分层厚度，这样就会延长工件成型的时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能较好的解决台阶效应且成型时间较短的3D打印自适应厚度分层方法。
1、本发明所采用的技术方案是：一种3D打印自适应厚度分层方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)、将需要打印的物体的STL模型数据储存到计算机中，其中STL模型数据中包含n个三角形面片信息，其中每个三角形面片信息为三角形面片三个点的坐标以及三角形面片的法向量；
(2)、设定切片最大厚度以及最小厚度；
(3)、计算机读取步骤(1)储存进来的STL模型数据，然后设定Z轴正方向为默认的切片方向；
(4)、根据步骤(3)读取到的STL模型数据中的三角形面片信息中的最小Z轴坐标对三角形面片进行排序；
(5)、根据步骤(2)设定的切片最大厚度对经过步骤(4)排序的三角形面片进行分层，每层的高度为设定的切片最大厚度，然后建立试分层高度表；
(6)、计算步骤(5)得到的试分层高度表中的每一层中每个三角形面片的法向量与Z轴夹角的余弦值的绝对值，然后根据得到的每一层中所有绝对值计算每一层的平均值，记为cosT；
(7)、根据步骤(6)得到的每一层的平均值以及步骤(2)设定的最大厚度以及最小厚度得到每一层的再分层厚度；
其中h为再分层厚度，max为设定的最大厚度，min为设定的最小厚度，cosT为该层包含的所有三角形面片法向量与Z轴夹角余弦值绝对值的平均值；
(8)、根据得到的每一层的再分层厚度再对步骤(4)排序后的三角形面片进行再分层，得到最终的分层高度表。
所述步骤(8)具体包括以下步骤：
A、根据步骤(7)得到的再分层厚度，从模型底部开始进行再分层；
B、首先选择试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第一次分层厚度，得到第一次再分层切面，然后判断第一次再分层切面的高度值是否小于试分层高度表中第一层的高度值，若小于，则继续采用试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；若大于，则采用试分层高度表第二层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；
C、根据步骤B的原则对余下的模型进行再分层，直到整个模型均已经再分层完毕，得到最终的分层高度表。
采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先本申请没有采用建立拓扑结构的方式实现了一种新的切片分层方法，该方法采用两次分层解决了无拓扑结构的访问难点，其次该方法的在分层厚度采用的是再分层三角形面片高度表每层三角形面片的法向量与基准法向量夹角余弦的绝对值的平均值来确定的，这样充分利用了STL模型数据的数据特点，这样能够自适应的进行切片，解决了台阶效应，并且采用这种方法成型时间较短。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
一种3D打印自适应厚度分层方法，它包括以下步骤：
(1)、将需要打印的物体的STL模型数据储存到计算机中，其中STL模型数据中包含n个三角形面片信息，其中每个三角形面片信息为三角形面片三个点的坐标以及三角形面片的法向量；
(2)、设定切片最大厚度以及最小厚度；
(3)、计算机读取步骤(1)储存进来的STL模型数据，然后设定Z轴正方向为默认的切片方向；
(4)、根据步骤(3)读取到的STL模型数据中的三角形面片信息中的最小Z轴坐标对三角形面片进行排序；
(5)、根据步骤(2)设定的切片最大厚度对经过步骤(4)排序的三角形面片进行分层，每层的高度为设定的切片最大厚度，然后建立试分层高度表；当三角形面片的最小Z轴坐标小于该层的区间上限值，且最大Z轴坐标大于该层的区间上限值，则将这个三角形面片分配到这一层中。
(6)、计算步骤(5)得到的试分层高度表中的每一层中每个三角形面片的法向量与Z轴夹角的余弦值的绝对值，然后根据得到的每一层中所有绝对值计算每一层的平均值，记为cosT；设定法向量则三角形面片法向量与Z轴夹角的余弦值为设定初始M＝0，然后将每一个三角形面片得到的余弦值cosA经过绝对值计算后加入到M中，最后得到平均值
(7)、根据步骤(6)得到的每一层的平均值以及步骤(2)设定的最大厚度以及最小厚度得到每一层的再分层厚度；
其中h为再分层厚度，max为设定的最大厚度，min为设定的最小厚度，cosT为该层包含的所有三角形面片法向量与Z轴夹角余弦值绝对值的平均值；
(8)、根据得到的每一层的再分层厚度再对步骤(4)排序后的三角形面片进行再分层，得到最终的分层高度表。
所述步骤(8)具体包括以下步骤：
A、根据步骤(7)得到的再分层厚度，从模型底部开始进行再分层；
B、首先选择试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第一次分层厚度，得到第一次再分层切面，然后判断第一次再分层切面的高度值是否小于试分层高度表中第一层的高度值，若小于，则继续采用试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；若大于，则采用试分层高度表第二层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；
C、根据步骤B的原则对余下的模型进行再分层，直到整个模型均已经再分层完毕，得到最终的分层高度表。
其中步骤(8)的具体步骤也能表述成下述步骤
①、首先设置再分层位置的初始值为0；
②、然后根据再分层位置得到它在试分层高度表中的层数，再根据所处的试分层高度表中的层数得对应的再分层厚度；
③、根据步骤②得到的再分层厚度对模型进行分层，然后将再分层位置加上步骤B得到的再分层厚度；
④、重复步骤②与步骤③，直到模型分层完成。
本具体实施例中设定的最大厚度max为0.1，所有三角形面片中最小的最小z轴坐标是0，最大的最小z轴坐标是0.5，则试分层高度表就有五层，第一层为0-0.1，第二层是0.1-0.2，第三层为0.2-0.3，第四层为0.3-0.4，第五层为0.4-0.5；
然后再根据步骤(6)与步骤(7)中的公式得到试分层高度表中每一层的再分层厚度，假设我们计算出来的第一层的再分层厚度为X1，第二层的再分层厚度为X2，第三层的再分层厚度为X3，第四层的再分层厚度为X4，第五层的再分层厚度为X5，进行再分层时，因为再分层是从模型底部开始的，即初始值是0，处于试分层高度表中的第一层内，所以采用再分层厚度X1进行分层，即再分层后的第一层的层厚是X1，然后此时再分层位置为0+X1＝X1，即此时要判断X1处于试分层高度表中的哪一层，若X1还是处于第一层，则依旧采用再分层厚度X1进行分层，即再分层后的第二层厚度为X1，然后此时再分层位置为2X1；若X1处于试分层高度表中的第二层了，则此时需要采用再分层厚度X2进行分层，然后按照这个方式继续，直到整个模型分层完毕。

Claims (2)

1.一种3D打印自适应厚度分层方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)、将需要打印的物体的STL模型数据储存到计算机中，其中STL模型数据中包含n个三角形面片信息，其中每个三角形面片信息为三角形面片三个点的坐标以及三角形面片的法向量；
(2)、设定切片最大厚度以及最小厚度；
(3)、计算机读取步骤(1)储存进来的STL模型数据，然后设定Z轴正方向为默认的切片方向；
(4)、根据步骤(3)读取到的STL模型数据中的三角形面片信息中的最小Z轴坐标对三角形面片进行排序；
(5)、根据步骤(2)设定的切片最大厚度对经过步骤(4)排序的三角形面片进行分层，每层的高度为设定的切片最大厚度，然后建立试分层高度表；
(6)、计算步骤(5)得到的试分层高度表中的每一层中每个三角形面片的法向量与Z轴夹角的余弦值的绝对值，然后根据得到的每一层中所有绝对值计算每一层的平均值，记为cosT；设定法向量则三角形面片法向量与Z轴夹角的余弦值为设定初始M＝0，然后将每一个三角形面片得到的余弦值cosA经过绝对值计算后加入到M中，最后得到平均值
(7)、根据步骤(6)得到的每一层的平均值以及步骤(2)设定的最大厚度以及最小厚度得到每一层的再分层厚度；
其中h为再分层厚度，max为设定的最大厚度，min为设定的最小厚度，cosT为该层包含的所有三角形面片法向量与Z轴夹角余弦值绝对值的平均值；
(8)、根据得到的每一层的再分层厚度再对步骤(4)排序后的三角形面片进行再分层，得到最终的分层高度表。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印自适应厚度分层方法，其特征在于：所述步骤(8)具体包括以下步骤：
A、根据步骤(7)得到的再分层厚度，从模型底部开始进行再分层；
B、首先选择试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第一次分层厚度，得到第一次再分层切面，然后判断第一次再分层切面的高度值是否小于试分层高度表中第一层的高度值，若小于，则继续采用试分层高度表第一层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；若大于，则采用试分层高度表第二层对应的再分层厚度作为第二次分层厚度，继续进行再分层，然后跳转到下一步；
C、根据步骤B的原则对余下的模型进行再分层，直到整个模型均已经再分层完毕，得到最终的分层高度表。
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