[发明专利]一种3D打印数字模型剖切及接口设计方法及应用

摘要

本发明公开一种3D打印数字模型剖切及接口设计方法，步骤如下：基于指定的切平面，剖切3D打印数字模型，如需要多次剖切，可重复本步；在切面上指定接口位置，拟合接口附近的边界曲线，并计算接口底座点；迭代计算接口高度，选取接口方向；计算缝隙宽度，并在接口凸起和凹槽处添加半圆形结构；将接口拼接到模型上。本发明通过剖切3D打印数字模型的方法，解决了3D打印机无法打印模型内部信息的问题，并通过在模型上添加接口的方法，使分解后的部件可以拼接恢复成原有外观；该方法利用了人工交互信息，使剖切位置和接口位置更符合用户需求；此外，本发明方法还可以增加打印机最大可打印体积、减轻成品重量、节省模型打印时间。

主权项

一种3D打印数字模型剖切及接口设计方法，其特征在于：步骤如下：(1)输入3D打印数字模型，用指定平面方程参数的方式指定切平面，利用点与平面位置关系剖切该模型，将其分解成不同的块，得到分解后数字模型，使原3D打印数字模型的内表面转变为外表面；(2)如果需要更细致地分解模型，可重复步骤(1)，对3D打印数字模型进行多次剖切；模型剖切结束后，将在剖切形成的切面上添加接口，用于拼接分解后数字模型；(3)用拾取三角面片的方式，在剖切3D打印数据模型形成的切面上指定接口位置，即在3D打印数字模型的切面上点击选取三角形面片，将在每两个被连续拾取的三角面片中间构造接口，按照此方式成对地拾取三角面片即可指定多个接口位置；(4)在3D打印数字模型的切面上、成对拾取的三角面片中间存在两组分别近似构成曲线段的离散点，分别对其进行曲线拟合，得到两个平面曲线段方程，记为C1、C2，以便构造适应模型表面形状的曲面接口；在平面曲线段方程C1、C2上分别等距采样，各得到N个采样点，分别记为{vex11,vex21,…,vexN1}和{vex12,vex22,…,vexN2}，依次连接平面曲线段C1、C2上对应的采样点vexi1、vexi2,i＝1,2,…,N，形成N条直线段，并分别取直线段的1/3和2/3处的点作为接口底座点，得到N对底座点，将在底座点上添加接口；(5)设计一个包含接口凸起和接口凹槽、并在接口凸起和接口凹槽上添加半圆形结构的接口；垂直于切平面，分别过每对底座点做采样平面，在N个采样平面上迭代计算接口高度，并选取最高的接口方向，即接口凸起朝向的方向；(6)将一个接口上N对底座点间距离的平均值记为该接口的平均宽度利用该接口的平均宽度和步骤(5)中计算的接口高度计算缝隙宽度，缝隙宽度指接口凸起和接口凹槽间的间隔宽度，只有存在一定的缝隙宽度，才可以在接口凸起和接口凹槽上添加用于固定模型的半圆形结构；将离散化的半圆结构添加到离散化的接口凸起和接口凹槽上；(7)将接口拼接到分解后的3D打印数字模型上，并对接口附近的切面区域重新三角剖分，以便消除由拼接产生的非流形三角面片，至此，用于固定分解后数字模型的接口已设计添加完成。