[发明专利]一种用于3D打印的模型分割和打包方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型分割和打包方法，尤其涉及一种用于3D打印的模型分割和打包方法，属于3D打印应用类领域。

背景技术

３Ｄ打印技术可实现由数字化模型到实体模型的转换，但目前其打印成本与打印时间要远远超过传统制造方法。分割是为了将给定模型分解为若干分块，使得各分块得以打印成型； 打包算法， 即能够将分解得到的分块进行智能打包，高效、智能地放置在指定大小（ 例如打印机工作容积大小） 的容器内，从而可以同一批次打印多个分块， 以高效利用打印容积、材料，进而节省打印时间和支撑材料。此外，受打印机工作容积的制约，３Ｄ打印机单次可打印物体的最大尺寸依然有限，对于较大体积的物体，由于无法直接打印，因此也需要对模型进行分割、堆积、打包进而打印成型。

目前的打印技术在不同应用中的约束和优化目标不同。打包问题是典型的组合优化问题也是问题，针对模型的分割和打包的几何方面的优化问题， 本发明提出一种解决框架， 对于给定模型和具体的打印机工作容积， 利用该框架可以得到相应的分割和打包方案， 其模型分割个数少、 分块堆积紧凑， 改善了模型打印效率不高这一急需解决的

问题。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提供一种用于3D打印的模型分割和打包方法，是将给定模型分割为若干金字塔形状的分块，然后利用一种改进的禁忌搜索算法寻找最优打包方案,尽可能地减少支撑材料的体积,根据分块体积给出利于全局优化的初始解,并通过控制邻域生成规则以及候选解集,使得搜索更加高效并大幅提高寻优速度；最后,将打印成型的各部件拼合成整体。达到了模型分割产生的分块个数少、打包高效合理；有效地提高打印效率,还减少了打印时间和支撑材料消耗。

为解决现有技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种用于3D打印的模型分割和打包方法，包括：

步骤一，金字塔形状分解；

在模型内部散列若干样本点，通过聚类方法逐渐构建出越来越大的分块，将这些分块进一步合并形成若干候选金字塔形状块，通过解决精确覆盖问题确立最终的分解方案；

步骤二，寻找最优打包方案；

将各分块体素化处理，然后给定初始分块打包序列，并将其作为搜索的开始采用禁忌搜索算法对所有分块打包序列进行搜索， 找到最优的打包序列；

步骤三，对接测试；

通过迭代将尚未打包的分块与堆进行对接测试，逐步将所有分块打包成堆；对于一个有序的分块集合，按照顺序对每个分块进行对接测试。

步骤四，分块打包序列优化；

在禁忌搜索的过程中， 每产生一个新的序列，都要找到序列中各个分块的最优摆放位置， 因此要按照序列中分块的前后顺序， 对每个分块与已打包的整体进行一系列的对接测试， 对接测试产生大量移动方案（ 平移、旋转） ，分块打包入堆后，选择堆的支撑结构体积最小的移动，来确定单个分块的最优移动；

步骤五，对领域及候选解集的控制；

采用随机法来随机交换序列中的两个分块，生产尚未搜索过的区域，若最优解在搜索过程中被更新，则执行集中搜索策略；用集中性领域中的最优序列组成候选解集，进一步进行搜索；若在当前搜索区域进行了若干次数的搜索后依然没有找到更优的解，则实行分散搜索策略，候选解集由多样性领域中的随机序列组成；

步骤六，将打印成型的各部件拼合成整体。

进一步的，在步骤五中，所述的若干次数的搜索设置为4次。

本发明的有益效果是：有效地提高打印效率,还减少了打印时间和支撑材料消耗。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加理解本发明技术方案，下面结合实施例对本发明做进一步分析。

一种用于3D打印的模型分割和打包方法，包括：

步骤一，金字塔形状分解；

在模型内部散列若干样本点，通过聚类方法逐渐构建出越来越大的分块，将这些分块进一步合并形成若干候选金字塔形状块，通过解决精确覆盖问题确立最终的分解方案；

步骤二，寻找最优打包方案；

将各分块体素化处理，然后给定初始分块打包序列，并将其作为搜索的开始采用禁忌搜索算法对所有分块打包序列进行搜索， 找到最优的打包序列；

步骤三，对接测试；

通过迭代将尚未打包的分块与堆进行对接测试，逐步将所有分块打包成堆；对接

测试是为了找到分块的最佳移动旋转方式，从而与已打包整体更好地紧密对接。

对于一个有序的分块集合，按照顺序对每个分块进行对接测试。