[发明专利]一种用于3DP增材制造的快速切片方法

说明书

一种快速3DP切片算法属于增材制造、3D打印技术领域。具体包括以下步骤：1.筛选出跨过切层的三角形；2.计算每个三角形的矩形thick包络；3.计算厚度为thick的边界像素。与现有流行的切片技术相比，本3DP切片方法能够区分三维模型的边界部分和内部填充部分，在边界部分保持各向厚度一致性。这有利于做彩色切片处理，或边界精细打印处理。算法快速完成切片，计算复杂度与模型三角面片数为线性关系，仅为O(n*D)，其中n为模型的总三角面片数，D为切片点阵分辨率。

技术领域

本发明属于增材制造、3D打印技术领域，具体涉及一种用于3DP增材制造的快速切片方法。

背景技术

在3D打印中，3DP打印工艺(立体喷墨打印法)的切层是像素点阵，分辨率一般是可调的。

目前现有3DP切片技术中，一般不区分边界部分和内部填充部分。然而，切层的边界部分和内部填充部分的打印工艺有时是不同的。比如边界部分需要喷射得更细致，而内部填充部分可以喷射的粗糙一些，以提高打印速度；再比如在彩色3D打印中，边界部分需要喷射彩色墨滴，而内部填充部分则喷射白色或无色墨滴。

因此，在切片算法中需要将边界部分区分出来，以做特定处理，切片的每一层是一个点阵，边界部分也是用点阵表示的，它有一定厚度，以离散像素表示。问题的难点在于，这个边界厚度在垂直于三维模型表面的法线方向上应保持一致，这使得计算复杂度增加，而三维模型数据量往往很大，三角面片数一般在几百兆，处理速度要求要很快。因此，急需提出一种能够区分三维模型的边界部分和内部填充部分，在边界部分保持各向厚度一致性的切片方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提出一种快速3DP切片算法，并在边界部分保持法向厚度一致性，计算复杂度与模型三角面片数为线性关系，仅为O(n*D)，其中n为模型的总三角面片数，D为切片点阵分辨率。

一种快速3DP切片算法，具体步骤如下：

步骤1.筛选出跨过切层的三角形：

设模型边界需要厚度为thick毫米，在每个切层高度(level毫米)，检查三维模型中每个三角形是否跨过level±thick(毫米)高度范围。即设三角形三个顶点为p1、p2、p3，如果p1、p2、p3的高度坐标同时大于level+thick或同时小于level-thick，则三角形没有跨过level±thick层面高度。否则是跨过，把该三角形加入切片运算集合R＝{待计算三角形}。

步骤2.计算每个三角形的矩形thick包络：

对集合R的每个三角形做XY平面投影，计算投影三角形的XY平面范围。即设三角形三个顶点为p₁、p₂、p₃，它们在其X坐标最大值为X_max，在X坐标最小值为X_min，在Y坐标最大值为Y_max，在Y坐标最小值为Y_min，则三角形的XY平面投影范围是[X_min,X_max；Y_min,Y_max]。要求的三角形的矩形thick包络则是[X_min-thick,X_max+thick；Y_min-thick,Y_max+thick]矩形。

步骤3.计算法向厚度为thick的边界像素

对在level(毫米)高度得到的三维模型切片轮廓线，进行扫描线像素点填充，得到实体部分像素点集合V。对集合R的每个空间三角形a，计算其矩形thick包络的扫描线像素点填充，得到像素点集合S。对每一个既属于集合V(实体内部)又属于集合S(三角形a附近)的像素点p∈{V∩S}，设空间坐标为p＝[x,y,z]，计算点p到空间三角形a所在平面的垂足q。如果满足下列条件之一，则该像素点是法向厚度为thick的边界像素点：