[发明专利]一种分层方向自适应快速选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据处理方法，具体涉及一种快速成型中的分层方向选取方法。

背景技术

3D打印是快速成型技术(Rapid prototyping)的一种，最早由美国麻省理工大学(MIT)提出，采用分层制造(增加制造)的思想。快速成型是逆向工程、计算机辅助设计及制造、材料去除成型、材料增加成型、分层制造等技术的统称，现在3D打印已是快速成型技术的统称。分层制造是指沿分层方向将三维模型离散为一组二维图形，即一组薄层(也被称为切片或者分层)，逐层加工、层层叠加形成三维模型实体。该技术具有设备简单、材料便宜、成本低、体积小、工作过程无污染、成型速度快等优点。

三维模型的数据格式多样，如CAD模型、点云数据模型、STL模型等，无法直接作为3D打印的输入数据，必须通过分层软件转化为3D打印可识别的数据形式。STL模型是为快速成型技术服务的文件格式，由美国3D System公司于1987年首次提出，已经被工业界公认为是CAD系统与快速成型系统之间数据交换的标准格式，因此也被3D打印技术所采用。STL模型由若干通过将三维模型三角网格化获得的三角形面片组成，每一个三角形面片包含三个顶点和一个指向模型外部的法向量，这些三角形面片无序排列。分层过程为先求得与分层平面相交的三角形面片，再将得到的交线段首尾相接构成当前层的二维图形，即切片，分层结果直接影响模型构建精度和模型构建时间。随着3D打印技术的普及，适用于复杂模型的分层算法逐渐成为研究热点，重点为分层厚度和分层方向的选取。

模型构建精度是指成型的模型实体与理论模型之间的接近程度，一般用模型表面的阶梯效应来表示，分层厚度越小阶梯效应越不明显，模型误差越小。模型构建时间主要是指构建一个完整模型所需要的时间，一般来讲，分层数目越少构建时间越短。模型的构建精度和构建时间同时受分层厚度和分层方向的影响。

通常考虑两种类型的误差对模型构建精度的影响。一种是在CAD模型到STL模型转化中，由光滑曲面三角化为离散三角形面片引起的，可以通过控制chordal误差减少。另一种是在分层过程中由模型表面产生的阶梯效应引起的，一般来讲在大曲率和倾斜的三角形表面上会产生更明显的阶梯效应，导致构建的模型实体表面与理论模型表面之间产生更大的误差。根据分层制造的原理可知打印过程中的阶梯效应不能被消除，但是可以通过调整分层厚度和分层方向减小。分层厚度越小，阶梯效应越不明显，构建的模型实体表面与理论模型的表面越接近，那么模型的构建精度越高。另一方面，相同的模型分层厚度越小，产生的分层数目就越多，那么模型构建时间就越长，所以同时提高构建精度和减少构建时间是一个难点。