3D打印分層方向優(yōu)化與分層算法研究.pdf

1、近年來(lái)，3D打印技術(shù)已經(jīng)在我們?nèi)粘Ｉ?、科技、?jīng)濟(jì)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(jī)等硬件設(shè)備，也需要高效的3D打印分層軟件來(lái)輔助完成其實(shí)體制作過(guò)程。3D打印分層軟件主要關(guān)注分層過(guò)程的簡(jiǎn)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(lái)越復(fù)雜，分層方向?qū)Τ尚途扰c成型時(shí)間的影響日益突出，因此對(duì)分層方向的優(yōu)化成為了目前3D打印技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

2、
　　本文通過(guò)研究3D打印的分層處理過(guò)程，首先分析了造成成型實(shí)體中體積誤差的原因，然后推導(dǎo)出了其數(shù)學(xué)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(gè)以減小體積誤差為目標(biāo)的函數(shù)。根據(jù)此目標(biāo)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(bǔ)了現(xiàn)有分層方向優(yōu)化算法時(shí)間效率低、造成的體積誤差大的缺陷。為了對(duì)該分層方向優(yōu)化算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，通過(guò)研究分層處理過(guò)程的基本原理，本文提出了一種基于拓?fù)湫畔⒑臀恢藐P(guān)系的分層算法。
　　首先

3、，對(duì)本文提出的分層方向自適應(yīng)快速選取算法進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)體積誤差目標(biāo)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(biāo)函數(shù)的兩個(gè)重要參數(shù)。將STL模型中三角形面片的面積對(duì)其法向量進(jìn)行加權(quán)，可以把以上兩個(gè)參數(shù)減少成為能夠表現(xiàn)模型幾何信息的一個(gè)綜合參數(shù)。對(duì)加權(quán)后的法向量進(jìn)行主成分分析，計(jì)算得到了三個(gè)特征方向作為候選分層方向，最后根據(jù)初始目標(biāo)函數(shù)對(duì)得到的候選分層方向進(jìn)行評(píng)估，即可得到最優(yōu)分層方向。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，時(shí)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(duì)本文提出的基于拓?fù)湫畔⒑臀恢藐P(guān)系的分層算法進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)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(wú)序、數(shù)量大的難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)三類基于該模型的分層算法的基本原理與實(shí)現(xiàn)過(guò)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?fù)湫畔⒖梢詼p少交點(diǎn)計(jì)算量并避免對(duì)交線段排序。通過(guò)將二者有效結(jié)合，提出了本文的分層算法。對(duì)本算法的實(shí)驗(yàn)評(píng)