CN113414987A - 一种3d打印自适应分层厚度方法 - Google Patents

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赵欣
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

本发明涉及3D打印自适应分层高度方法。本发明在读取STL三角面片网格数据后，首先对模型进行等高度的预切片，然后计算每个三角面片对应的最佳分层高度，并计算由此分层高度所引发的层间体积误差。根据体积误差最小为原则，对STL模型进行逐层切片，得到全部的分层高度。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打印自适应分层厚度方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及3D打印中的自适应分层高度的方法
背景技术
3D打印也称为增材制造，是快速成型技术的一种。这种技术以数字模型文件为基础，运用粉末金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印并粘合的方式来构造物体。打印任何所需的物品的形状。但是3D打印出来的是物体的模型，不能打印出物体的功能。
然而等层厚的水平切片的缺点也很明显。首先，会导致一些关键的微小特征被忽略计算。无法满足对表面质量要求较高的应用场景，如人像打印。其次，无法有效处理阶梯效应，在打印曲率较大的零件时的表现力较差。
在3D打印中不同的模型的最佳层厚是变化的。然而，目前多数商用切片软件的层厚参数需要根据用户使用经验预先定义。本发明提出一种自适应分层厚度方法，可以在一定程度上缓解分层高度与打印时间的矛盾。
发明内容
本发明的目的是为了平衡3D打印中打印时长和成型精度之间的矛盾，因此提出了一种自适应分层高度的切片方法，以克服上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
(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个三角面片信息，其中每个三角形片信息为三角形面片三个点的坐标以及三角形片的法向量。
(2)由用户设定最大分层高度限值dmax以及最小分层高度限值dmin。
(3)计算每个三角面片的法向量
Figure BDA0003128448120000011
其中p1,p1,p3代表第i个三角面片的三个顶点的坐标，i＝(1，2，3)。
(4)根据步骤(3)得到的三角面片的法向量
Figure BDA0003128448120000012
与Z轴方向之间的夹角为
Figure BDA0003128448120000013
(5)根据步骤(4)得到的第i个三角面片的夹角βi′；当βi′<90°时，βi＝βi′；当βi′>90°时，βi＝180°-βi′；当βi′＝0°时则删除此三角面片。
(6)根据步骤(2)和步骤(5)得到第i个三角面片的最佳分层层厚为hi＝(dmax-dmin)(1-cosβi)+dmin。
(7)计算该三角面片与切片层之间的交线长度li。
(8)采用步骤(6)得到的层厚hi和步骤(7)得到的交线长度，计算该层厚所引发的层间体积误差为
Figure BDA0003128448120000021
其中n为当前层三角面片数。
(9)重复步骤(3)至步骤(8)，计算每个
Figure BDA0003128448120000022
引发的所引发的层间体积误差ΔVi。
(10)根据步骤9，得到最小体积误差ΔVmin的三角面片编号i所对应的最佳分层高度hi。
(11)第一层的分层高度h1为3d打印机喷头口径的1/2，此时的累加分层高度为hp。
(12)采用最大分层高度dmax，对模型从高度hp到模型最大高度hmax进行预切片，提取与第一层切平面相交的所有三角面片，重复步骤(3)至步骤(10)，得到第n层的最佳分层高度hn，并累加分层高度为hp。
(13)重复步骤(12)，直到hp大于等于hmax，此时分层结束。
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打印自适应分层高度的方法，它包括以下步骤：
(1)采用计算软件建立产品的三维模型，将要打印的物体的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)由用户设定最大分层高度限值dmax以及最小分层高度限值dmin。
(3)采用最大分层高度dmax，对模型进行预切片，提取与切平面相交的所有三角面片，将三角面片存储到数组A中。
(4)计算步骤(3)中每个三角面片的法向量
Figure BDA0003128448120000023
其中p1,p1,p3代表第i个三角面片的三个顶点的坐标，i＝(1,2,3)
(5)进而得到每个三角面片的法向量
Figure BDA0003128448120000024
与Z轴方向之间的夹角为
Figure BDA0003128448120000025
当β′<90°时，β＝β′；当β′＞90°时，β＝180°-β′；当β′＝0°时则删除此面片。
(6)将步骤(5)中的夹角β从小到大排序，并将数组A以β数值由小到大进行冒泡排序。
(7)计算每个夹角β对应的最佳分层层厚为h＝(dmax-dmin)(1-cosβ)+dmin
(8)计算每个夹角β对应三角面片与切平面的交线长度l
(9)计算每个夹角引发的层间体积误差为
Figure BDA0003128448120000026
其中n为当前层三角面片数。
(10)根据步骤9，得到最小体积误差ΔVmin的三角面片编号i所对应的最佳分层高度hi。
(11)第一层的分层高度h1为3d打印机喷头口径的1/2，此时的累加分层高度为hp
(12)采用最大分层高度dmax，对模型从高度hp到模型最大高度hmax进行预切片，提取与第一层切平面相交的所有三角面片，重复步骤(3)至步骤(10)，得到第n层的最佳分层高度hn和累加分层高度为hp。
(13)删除未在当前分层高度下的三角面片并更新数组A，若数组A更新则重复步骤(12)，直到hp大于等于hmax或数组A不再更新，此时分层结束。实现了3D打印时效率与质量的平衡，从而提高设备打印效率。
此外，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打印自适应高度分层方法，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个三角面片信息，其中每个三角形片信息为三角形面片三个点的坐标以及三角形片的法向量。
(2)由用户设定最大分层高度限值dmax以及最小分层高度限值dmin。
(3)计算每个三角面片的法向量
Figure FDA0003128448110000011
其中p1,p1,p3代表第i个三角面片的三个顶点的坐标，i＝(1,2,3)。
(4)根据步骤(3)得到的三角面片的法向量
Figure FDA0003128448110000012
与Z轴方向之间的夹角为
Figure FDA0003128448110000013
(5)根据步骤(4)得到的第i个三角面片的夹角βi′；当βi′<90°时，βi＝βi′；当βi′＞90°时，βi＝180°-βi′；当βi′＝0°时则删除此三角面片。
(6)根据步骤(2)和步骤(5)得到第i个三角面片的最佳分层层厚为hi＝(dmax-dmin)(1-cosβi)+dmin。
(7)计算该三角面片与切片层之间的交线长度li。
(8)采用步骤(6)得到的层厚hi和步骤(7)得到的交线长度，计算该层厚所引发的层间体积误差为
Figure FDA0003128448110000014
其，中n为当前层三角面片数。
(9)重复步骤(3)至步骤(8)，计算每个
Figure FDA0003128448110000015
引发的所引发的层间体积误差ΔVi。
(10)根据步骤9，得到最小体积误差ΔVmin的三角面片编号i所对应最佳分层高度hi。
(11)第一层的分层高度h1为3d打印机喷头口径的1/2，此时的累加分层高度为hp。
(12)采用最大分层高度dmax，对模型从高度hp到模型最大高度hmax进行预切片，提取与第一层切平面相交的所有三角面片，重复步骤(3)至步骤(10)，得到第n层的最佳分层高度hn，并累加分层高度为hp。
(13)重复步骤(12)，直到hp大于等于hmax，此时分层结束。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印自适应高度分层方法，其特征在于：该方法所引起的层间体积误差为
Figure FDA0003128448110000016
从而得到整体体积误差为
Figure FDA0003128448110000017
式中n为当前层三角面片数，m为STL分层总数。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印自适应高度分层方法，其特征在于：dmax不应大于喷头口径，dmin不应小于0.1毫米。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印自适应高度分层方法，其特征在于：hi不应大于喷头口径且不应小于0.1毫米。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印自适应高度分层方法，其特征在于：β角度较小时分层层厚可适当减小，当β角度较大时分层层厚可适当增加。
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