3D打印中的几何计算问题(一) - 印梦园

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3D打印中的几何计算问题(一)

阅读 181 发布时间:2017-03-29 16:52

3D打印的本质在于分层制造,其中切片计算非常重要.起初,切片计算采用分层厚度相等,由此会产生模型精度与打印时间之间的矛盾:分层厚度小,模型精度有保证,但打印时间长;反之,打印时间缩短,但易导致模型阶梯误差大.这使得自适应厚度方法逐渐流行.在机械快速成型领域中,许多学者对切片计算已做过深入研究.从这些研究成果来看,切片计算方法若按研究对象来分,可分为:(1)网格切片计算:由于STL格式的网格模型是3D打印业内所用的标准文件类型,因此很多切片计算对象主要以STL格式的网格类型模型为主;(2)直接切片计算:由于原始3D模型在转化为STL格式模型数据时,会产生转换误差,因此还有不少研究考虑直接在原始的3D模型数据上执行切片计算。

   切片计算的下一步是打印路径规划,也称为扫描路径生成.它是3D打印中的最基本工作,在由线到面、由二维到三维的逐层累积过程中,3D打印机要做大量的扫描工作,因此合理的打印路径非常重要.打印路径的规划应着眼于减少空行程,减少扫描路径在不同区域的跳转次数,缩小每一层截面之间的扫描间隔等要求。

   目前,按照打印路径类型的不同,打印路径生成方法主要可分为5种:(1)平行扫描。每一段路径均相互平行,在边界线内往复扫描,也称为Z字路径(Zigzagging);(2)轮廓平行扫描.填充路径由轮廓的一系列等距(偏置,Offsetting)线组成;(3)分形扫描.扫描路径由一些短小的分形折线组成;(4)星形发散扫描.将切片从中心分为两部分,先后从中心向外填充两个部分,填充线为平行X 或Y 轴扫描线或45°斜线;(5)基于Voronoi图的扫描路径.根据切片轮廓的Voronoi图,按一定

的偏置量在各边界元素的Voronoi区内生成该元素的偏置线,连接不同元素的偏置线,得到一条完整的扫描路径,逐步改变偏置量即可得到整个扫描区域的路径规划。

     欲深入了解上述有关切片计算、打印路径规划研究的学者,可参考上述快速成型领域相关文献,这里不再赘述.接下来,本文针对2014年以前相关研究成果为对象,侧重于从计算机图形学领域来介绍3D打印中的几何计算问题。

1、物体分割问题

   随着3D打印技术的成熟、打印成本的降低,越来越多的物体都可以被3D 打印输出.然而,一台3D打印机可打印对象的最大尺寸却仍因为3D打印机本身空间有限而受限,因此,打印一些大体积的物体,对现有的3D打印技术而言,仍困难重重.对一个超过可打印尺寸的大物体对象,如果要将其3D打印,一个可行的解决方案就是将其分割为一块块可打印的小对象,然后再将其组装成一个整体大物体,如图2所示。

图2 椅子模型分割


未完待续;


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