CN114290660A - 曲面分层式3d打印方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种曲面分层式3D打印方法及系统，其中曲面分层式3D打印方法包括：获取物体的3D模型；判断物体3D模型的曲面；对曲面进行分层；以及根据分层后的曲面进行3D打印，实现了采用曲面分层的方法对物体模型进行分层后打印，可以使得原本物体弯曲的曲面在打印后也弯曲平滑，避免阶梯式结构的产生而影响打印后物体的精度和质量。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种曲面分层式3D打印方法及系统。
背景技术
3D打印可以对零件等进行制造加工，但是传统的3D打印采用平面分层在打印过程中会造成边缘不平滑有阶梯式的结构，容易造成打印的零件不符合生产需求，造成浪费。
因此，基于上述技术问题需要设计一种新的曲面分层式3D打印方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种曲面分层式3D打印方法及系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种曲面分层式3D打印方法，包括：
获取物体的3D模型；
判断物体3D模型的曲面；
对曲面进行分层；以及
根据分层后的曲面进行3D打印。
进一步，所述获取物体的3D模型的方法包括：
构建空间直角坐标系，将物体的3D模型放置在空间直角坐标系中，获取物体3D模型外壁上所有点的坐标，以获取物体的3D模型在空间直角坐标系中的边界。
进一步，所述判断物体3D模型的曲面的方法包括：
判断物体3D模型的曲面数量。
进一步，所述对曲面进行分层的方法包括：
获取物体3D模型的所有三角面片，根据空间直角坐标系获取每一个三角面片中三角形各顶点的坐标及其法向量。
进一步，所述对曲面进行分层的方法还包括：
构建三角面片的拓扑关系，即
遍历每个三角面片各顶点的坐标，坐标相同则代表两个三角面片有一个角重合，当两个三角面片拥有两个顶点的坐标相同则代表两个三角面片以相同坐标两个顶点的边相邻，遍历所有三角面片确定各三角面片之间的位置关系后建立各三角面片的拓扑关系。
进一步，所述对曲面进行分层的方法还包括：
在构建三角面片拓扑关系后，获取三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α；
获取各曲面三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围，以及各曲面对应的坐标范围；
若该三角面片三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α在一曲面对应的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围内，并且该三角面片各顶点的坐标在该曲面的坐标范围内，则判断该三角面片位于该曲面上，即
αmin＜α＜αmax；
xmin≤x≤xmax；
ymin≤y≤ymax；
zmin≤z≤zmax；
其中，α为当前正在判断的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角；x为当前正在判断的三角面片一顶点的x轴坐标；y为当前正在判断的三角面片一顶点的y轴坐标；z为当前正在判断的三角面片一顶点的z轴坐标；
当判断一三角面片属于一曲面时优先判断该三角面片相邻的三角面片是否属于该曲面；
遍历所有三角面片，判断三角面片属于的曲面，并获取各曲面。
进一步，所述对曲面进行分层的方法还包括：
在获取曲面后根据曲面分层的层数和分层厚度，将曲面向对应坐标轴的方向偏移；
利用最后一次偏移获得的曲面对3D模型分割
计算每次偏移过程中被偏移表面的三角面片与模型侧面的三角面片之间的交线，最终获得曲面分层轮廓线；
并且将各曲面偏移后超出3D模型范围的部分去除。
进一步，所述根据分层后的曲面进行3D打印的方法包括：
曲面分层后进行多轴3D打印。
另一方面，本发明还提供一种曲面分层式3D打印系统，包括：
获取模块，获取物体的3D模型；
判断模块，判断物体3D模型的曲面；
分层模块，对曲面进行分层；以及
打印模块，根据分层后的曲面进行3D打印。
本发明的有益效果是，本发明通过获取物体的3D模型；判断物体3D模型的曲面；对曲面进行分层；以及根据分层后的曲面进行3D打印，实现了采用曲面分层的方法对物体模型进行分层后打印，可以使得原本物体弯曲的曲面在打印后也弯曲平滑，避免阶梯式结构的产生而影响打印后物体的精度和质量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的曲面分层式3D打印方法的流程图；
图2是本发明的曲面分层式3D打印系统的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种曲面分层式3D打印方法，包括：获取物体的3D模型；判断物体3D模型的曲面；对曲面进行分层；以及根据分层后的曲面进行3D打印，实现了采用曲面分层的方法对物体模型进行分层后打印，可以使得原本物体弯曲的曲面在打印后也弯曲平滑，避免阶梯式结构的产生而影响打印后物体的精度和质量。
在本实施例中，所述获取物体的3D模型的方法包括：构建空间直角坐标系，将物体的3D模型放置在空间直角坐标系中，获取物体3D模型外壁上所有点的坐标，以获取物体的3D模型在空间直角坐标系中的边界；通过确定边界可以便于后续分层时判断分层是否超出原有模型的边界，以判断分层是否准确等。
在本实施例中，所述判断物体3D模型的曲面的方法包括：判断物体3D模型的曲面数量；可以从物体的六视图判断物体的曲面数量，例如一个正方体在其顶面和左侧面上均有半球形凸起，则该物体存在两个曲面，在后续曲面分层的过程中可以从上往下和从左往右同时进行曲面分层，并在打印的过程中从两个方向同时打印曲面，提高打印的精度和速度。
在本实施例中，所述对曲面进行分层的方法包括：获取物体3D模型的所有三角面片(各曲面的三角面片可以不重复，即两个相邻的曲面交界处的三角面片均处在单一的曲面中)，根据空间直角坐标系获取每一个三角面片中三角形各顶点的坐标及其法向量；通过获取每一个三角面片各顶点的坐标和法向量，便于后续对于三角面片拓扑结构的构建和曲面的获取。
在本实施例中，所述对曲面进行分层的方法还包括：构建三角面片的拓扑关系，即遍历每个三角面片各顶点的坐标，坐标相同则代表两个三角面片有一个角重合，当两个三角面片拥有两个顶点的坐标相同则代表两个三角面片以相同坐标两个顶点的边相邻，遍历所有三角面片确定各三角面片之间的位置关系后建立各三角面片的拓扑关系；对每个三角面片进行编号；读取一个三角面片，通过判断其余三角面片和该三角面片是否具有2个相同顶点，记录与其相邻的三角面片编号；顺序读取下一个三角面片，找到该三角面片相邻三角面片编号并记录。通过遍历所有三角面片，记录每个三角面片相邻三角面片的编号，从而建立所有三角面片的拓扑关系。
在本实施例中，所述对曲面进行分层的方法还包括：在构建三角面片拓扑关系后，获取三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α；获取各曲面三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围，以及各曲面对应的坐标范围；若该三角面片三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α在一曲面对应的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围内，并且该三角面片各顶点的坐标在该曲面的坐标范围内，则判断该三角面片位于该曲面上，即
αmin＜α＜αmax；
xmin≤x≤xmax；
ymin≤y≤ymax；
zmin≤z≤zmax；
其中，α为当前正在判断的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角；x为当前正在判断的三角面片一顶点的x轴坐标；y为当前正在判断的三角面片一顶点的y轴坐标；z为当前正在判断的三角面片一顶点的z轴坐标；当判断一三角面片属于一曲面时优先判断该三角面片相邻的三角面片是否属于该曲面；遍历所有三角面片，判断三角面片属于的曲面，并获取各曲面；根据空间直角坐标系可以得知物体各曲面的边界，以及各曲面在空间直角坐标系中坐标的范围，在判断每一个三角面片的过程中，通过三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角与各曲面夹角的范围判断三角面片是否满足各曲面的角度要求，当满足角度要求时，初步根据角度判断三角面片属于哪一个曲面，再根据三角面片顶点的坐标判断该三角面片是否满足初步判断曲面的要求，若满足则判断三角面片属于该曲面。
在本实施例中，所述对曲面进行分层的方法还包括：在获取曲面后根据曲面分层的层数和分层厚度，将曲面向对应坐标轴的方向偏移；利用最后一次偏移获得的曲面对3D模型分割计算每次偏移过程中被偏移表面的三角面片与模型侧面的三角面片之间的交线，最终获得曲面分层轮廓线；并且将各曲面偏移后超出3D模型范围的部分去除；设置曲面分层层数和分层厚度，将已分离的模型上表面沿朝向物体中心方向进行偏移，偏移次数为曲面分层层数，单次偏移距离为曲面分层厚度，剩余部分可以直接采用平面分层。
在本实施例中，所述根据分层后的曲面进行3D打印的方法包括：曲面分层后进行多轴3D打印；存在多个曲面分层时可以通过多轴进行3D打印，将物体的底部打印至曲面边界时可以通过另一个打印部分单独打印曲面，便于使得打印后的物体曲面平滑，提高打印的精度。
如图2所示，在本实施例中，还提供一种采用上述曲面分层式3D打印方法的曲面分层式3D打印系统，包括：获取模块，获取物体的3D模型；判断模块，判断物体3D模型的曲面；分层模块，对曲面进行分层；以及打印模块，根据分层后的曲面进行3D打印；各模块的具体功能已经详细描述不再赘述。
在本实施例中，还可以提供一种采用上述曲面分层式3D打印方法的打印设备，包括：多个打印部分，多个打印部分可以独立控制；若所需打印的物体仅有一个曲面(例如该曲面位于物体的上表面)，则只需控制一个打印部分从低到高进行打印；若所需打印的物体存在多个曲面，则可以控制多个打印部分进行打印，例如一个物体的顶面和一侧面为曲面，则通过一个打印部分首先打印物体的底面并打印至上表面的曲面，另一打印部分则可以在已经打印出来的部分上打印侧面上的曲面。
综上所述，本发明通过获取物体的3D模型；判断物体3D模型的曲面；对曲面进行分层；以及根据分层后的曲面进行3D打印，实现了采用曲面分层的方法对物体模型进行分层后打印，可以使得原本物体弯曲的曲面在打印后也弯曲平滑，避免阶梯式结构的产生而影响打印后物体的精度和质量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种曲面分层式3D打印方法，其特征在于，包括：
获取物体的3D模型；
判断物体3D模型的曲面；
对曲面进行分层；以及
根据分层后的曲面进行3D打印。
2.如权利要求1所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述获取物体的3D模型的方法包括：
构建空间直角坐标系，将物体的3D模型放置在空间直角坐标系中，获取物体3D模型外壁上所有点的坐标，以获取物体的3D模型在空间直角坐标系中的边界。
3.如权利要求2所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述判断物体3D模型的曲面的方法包括：
判断物体3D模型的曲面数量。
4.如权利要求3所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述对曲面进行分层的方法包括：
获取物体3D模型的所有三角面片，根据空间直角坐标系获取每一个三角面片中三角形各顶点的坐标及其法向量。
5.如权利要求4所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述对曲面进行分层的方法还包括：
构建三角面片的拓扑关系，即
遍历每个三角面片各顶点的坐标，坐标相同则代表两个三角面片有一个角重合，当两个三角面片拥有两个顶点的坐标相同则代表两个三角面片以相同坐标两个顶点的边相邻，遍历所有三角面片确定各三角面片之间的位置关系后建立各三角面片的拓扑关系。
6.如权利要求5所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述对曲面进行分层的方法还包括：
在构建三角面片拓扑关系后，获取三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α；
获取各曲面三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围，以及各曲面对应的坐标范围；
若该三角面片三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角α在一曲面对应的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角范围内，并且该三角面片各顶点的坐标在该曲面的坐标范围内，则判断该三角面片位于该曲面上，即
αmin＜α＜αmax；
xmin≤x≤xmax；
ymin≤y≤ymax；
zmin≤z≤zmax；
其中，α为当前正在判断的三角面片法向量与空间坐标系Z轴的夹角；x为当前正在判断的三角面片一顶点的x轴坐标；y为当前正在判断的三角面片一顶点的y轴坐标；z为当前正在判断的三角面片一顶点的z轴坐标；
当判断一三角面片属于一曲面时优先判断该三角面片相邻的三角面片是否属于该曲面；
遍历所有三角面片，判断三角面片属于的曲面，并获取各曲面。
7.如权利要求6所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述对曲面进行分层的方法还包括：
在获取曲面后根据曲面分层的层数和分层厚度，将曲面向对应坐标轴的方向偏移；
利用最后一次偏移获得的曲面对3D模型分割
计算每次偏移过程中被偏移表面的三角面片与模型侧面的三角面片之间的交线，最终获得曲面分层轮廓线；
并且将各曲面偏移后超出3D模型范围的部分去除。
8.如权利要求7所述的曲面分层式3D打印方法，其特征在于，
所述根据分层后的曲面进行3D打印的方法包括：
曲面分层后进行多轴3D打印。
9.一种曲面分层式3D打印系统，其特征在于，包括：
获取模块，获取物体的3D模型；
判断模块，判断物体3D模型的曲面；
分层模块，对曲面进行分层；以及
打印模块，根据分层后的曲面进行3D打印。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111644584.2A CN114290660A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 曲面分层式3d打印方法及系统 |
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| CN202111644584.2A CN114290660A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 曲面分层式3d打印方法及系统 |
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|---|---|
| CN114290660A true CN114290660A (zh) | 2022-04-08 |
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| CN202111644584.2A Withdrawn CN114290660A (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 曲面分层式3d打印方法及系统 |
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| CN (1) | CN114290660A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114986872A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-02 | 南京航空航天大学 | 一种用于头盔的多自由度增材制造打印方法 |
| CN116373305A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-07-04 | 南京航空航天大学 | 一种基于等距离散的空间曲面打印路径规划方法 |
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2021
- 2021-12-30 CN CN202111644584.2A patent/CN114290660A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114986872A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-02 | 南京航空航天大学 | 一种用于头盔的多自由度增材制造打印方法 |
| CN116373305A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-07-04 | 南京航空航天大学 | 一种基于等距离散的空间曲面打印路径规划方法 |
| CN116373305B (zh) * | 2023-01-05 | 2024-04-02 | 南京航空航天大学 | 一种基于等距离散的空间曲面打印路径规划方法 |
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