3D打印分層方向優(yōu)化與分層算法研究.pdf

1、近年來，3D打印技術(shù)已經(jīng)在我們?nèi)粘Ｉ?、科技、?jīng)濟發(fā)展的很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如生物器官再造、航天航空、建筑工程、工業(yè)制造等。3D打印不僅依賴3D打印機等硬件設(shè)備，也需要高效的3D打印分層軟件來輔助完成其實體制作過程。3D打印分層軟件主要關(guān)注分層過程的簡化，并且已經(jīng)取得了非常顯著的成果，但是隨著3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，模型越來越復(fù)雜，分層方向?qū)Τ尚途扰c成型時間的影響日益突出，因此對分層方向的優(yōu)化成為了目前3D打印技術(shù)研究的一個熱點。

2、
　　本文通過研究3D打印的分層處理過程，首先分析了造成成型實體中體積誤差的原因，然后推導(dǎo)出了其數(shù)學模型，并明確給出了它與分層方向的緊密聯(lián)系，建立了一個以減小體積誤差為目標的函數(shù)。根據(jù)此目標函數(shù)，本文提出了一種分層方向自適應(yīng)快速選取算法，彌補了現(xiàn)有分層方向優(yōu)化算法時間效率低、造成的體積誤差大的缺陷。為了對該分層方向優(yōu)化算法進行實驗分析，通過研究分層處理過程的基本原理，本文提出了一種基于拓撲信息和位置關(guān)系的分層算法。
　　首先

3、，對本文提出的分層方向自適應(yīng)快速選取算法進行了研究。通過對體積誤差目標函數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)模型表面的面積與分層方向是該目標函數(shù)的兩個重要參數(shù)。將STL模型中三角形面片的面積對其法向量進行加權(quán)，可以把以上兩個參數(shù)減少成為能夠表現(xiàn)模型幾何信息的一個綜合參數(shù)。對加權(quán)后的法向量進行主成分分析，計算得到了三個特征方向作為候選分層方向，最后根據(jù)初始目標函數(shù)對得到的候選分層方向進行評估，即可得到最優(yōu)分層方向。實驗驗證，該算法實現(xiàn)簡單，時間效率高，適用于幾

4、何特征復(fù)雜的模型，所得分層方向下誤差體積最小，具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　其次，對本文提出的基于拓撲信息和位置關(guān)系的分層算法進行了研究。通過對STL模型的分析，發(fā)現(xiàn)基于該類模型的分層算法主要面臨其三角形面片雜亂、無序、數(shù)量大的難點。通過對三類基于該模型的分層算法的基本原理與實現(xiàn)過程的分析，發(fā)現(xiàn)利用位置關(guān)系可以減少面片搜索次數(shù)，利用拓撲信息可以減少交點計算量并避免對交線段排序。通過將二者有效結(jié)合，提出了本文的分層算法。對本算法的實驗評