3D打印物體的穩(wěn)定平衡優(yōu)化.pdf

1、3D打印是增材制造技術(shù)的俗稱，它依據(jù)CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用離散材料（液體、粉末、絲、片、板、塊等）逐層累加制造物體的技術(shù)。早期的3D打印設(shè)備和材料在20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)。而隨著設(shè)備和材料價(jià)格的下降，很多專利的失效，3D打印于2010年左右日漸流行，再次進(jìn)入了廣大百姓的視線。從3D打印汽車、3D打印手槍、3D打印房子的新聞一次又一次地引起了人們的驚嘆和關(guān)注，成為當(dāng)下最熱門的科技。
　　本文首先詳細(xì)地對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行了全面的分析和

2、總結(jié)，介紹了3D打印的原理和流程，3D打印的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì);詳細(xì)闡述了3D打印的分類;介紹了3D打印在航天、醫(yī)療、考古學(xué)等方方面面的應(yīng)用。
　　然后總結(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在3D打印領(lǐng)域的研究工作。對(duì)于如何保證打印物體的強(qiáng)度方面，提出了內(nèi)部挖空、局部加厚、加支撐等方法來(lái)處理;在穩(wěn)定性方面，主要通過(guò)改變物體的內(nèi)部分布，以及對(duì)物體的外表面進(jìn)行微變形的方式達(dá)到穩(wěn)定的目的;對(duì)于如何設(shè)計(jì)出省材料的支撐結(jié)構(gòu)，提出了樹(shù)形、橋形、柱形等各種形狀的支撐，在保證成

3、功打印的同時(shí)使用最少的支撐材料，并且容易去除;在如何節(jié)約成本方面，用最少的材料打印出同樣體積大小的物體，如何突破3D打印機(jī)體積的限制打印出更大的物體等等問(wèn)題上也進(jìn)行了總結(jié)。
　　本文的核心主要針對(duì)3D打印物體的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，闡述了自己的研究成果。首先通過(guò)計(jì)算機(jī)中3D建模軟件構(gòu)造3D數(shù)字模型，再借助3D打印加以制造。虛擬環(huán)境中無(wú)物理規(guī)則的特點(diǎn)使得模型千姿百態(tài)，但是通過(guò)3D打印之后發(fā)現(xiàn)物體無(wú)法平衡站立。提出3D打印物體的穩(wěn)定平衡優(yōu)

4、化問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，研究不倒翁的原理，提出穩(wěn)定平衡優(yōu)化算法，使得物體達(dá)到穩(wěn)定平衡。具體做法為先將物體體素化，迭代式從水平、垂直方向進(jìn)行逐體素的挖空，選取最佳的挖空方式;對(duì)于個(gè)別極端例子，再通過(guò)對(duì)底部小范圍內(nèi)的修改來(lái)達(dá)到穩(wěn)定平衡。逐體素的啟發(fā)式挖空策略避免了挖空可能出現(xiàn)的懸浮、自相交等問(wèn)題;底部局部小范圍的修改也保證了物體的形狀基本不變。該方法的可行性通過(guò)多個(gè)例子的成功優(yōu)化得到證明。
　　最后對(duì)3D打印在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)上的研究進(jìn)行了