3D列印切片軟體支撐演算法研究

2021-09-23 13:18:55 字數 2801 閱讀 3892

3d列印與傳統模具製造方式不同,3d列印是增材製造,將模型整體分割成n層,逐層列印的過程,每一層是基於上一層的基礎之上的累加。目前根據裝置機構主要分為以下幾個大類:fdm,lcd,slm,sla,dlp。

其中:fdm也稱耗材3d列印,主要材料為pla,abs等,如創想三維、anycubic,目前消費級機型售價大概1500–3000之間,各種變種,如最新比較潛力的「發光字印表機」、以水泥為列印材料,多彩色列印(以磨合為輔助,切片時記錄紋理資訊)

lcd為兩年前開始出現的機型,屬於光固化系列,材料為光敏樹脂,精度比fdm高很多,可以列印的很精細,市面低端1500–3000如anycubic,浙江銳辰等,高階的上萬元或以上,如preform,諾瓦智慧型,金達雷等,目前侷限是列印尺寸小,以及解析度大多數為2k,少部分企業正在嘗試4k屏,如能順利即可解決水波紋、大尺寸等問題,將是乙個新的提公升

slm為金屬粉末燒結技術,材料為金屬,精度非常高,可列印航空材料,都是有錢的大公司才會研發這樣的裝置,如先臨

sla雷射束在液態樹脂表面勾畫出物體形狀,層層列印出模型,速度比較慢,但精度較高,成本也較大,大公司sla裝置以極光爾沃、大族雷射等為主

dlp和lcd類似,但比lcd精度更高,利用數字光投影技術,目前成本較大,感興趣的可具體去了解

為何要支撐?

3d列印,逐層累加,就無法避免層突變,即懸空列印,上一層無材料的情況下,突變當前層,無支撐時必然會「掉」到工作平台之上,導致列印失敗。

目前待列印模型多數為stl、obj、3mf等數位化模型檔案,都是以三角麵片為載體記錄模型資訊,模型檔案的視覺化效果如下:

很多切片軟體中對三角麵片的邊不顯示,看起來就為一體,對於使用者來講是透明的,而對於研發人員,三角麵片才是資料的重點。 既然待列印模型都是三角麵片的集合,應該如何尋找自動支撐的區域呢? 根據模型每個麵片、每條邊、給個頂點而言,具備區域性的集合資訊,需要對這些資訊進行分析,分類,處理以達到支撐的效果。如典型的fdm,大多數都是基於curaengin為基礎,很多人基於後面拓展。cura的支撐演算法為,先分層切片,然後在當前層對比前面n層然後求差,得到當前層「超出」下方的部分,即為帶支撐的部分,然後直接把支撐結構也進行切片,在列印過程中,一並列印。然而這種演算法不適用於lcd型別裝置,為何?因為lcd型別裝置不可能列印這麼多支撐,否則模型表面會全部磨壞,本身高精度的模型表面會稀巴爛。所以目前很多光固化裝置的切片軟體的自動支撐演算法是:檢測帶支撐區域、然後對支撐區域進行取樣支撐。

檢測模型的最低點:

如上圖所示,模型非常複雜,怎麼利用模型資料把最低點都檢測出來呢?

如上圖所示,vi 點比鄰域內vj點低,那麼vi就是區域性最低點

檢測最低邊:

如上圖所示,兩個麵片的公共邊,en為邊的法向量,由兩個麵片法向量fn加權平均求得,同時邊與水平面的夾角alpha小於給定的閾值如45°,則認為是最低邊

float angle=45*pi/180;

vec fn0=mesh.facenormal[i];

vec fn1=mesh.facenormal[j];

vec en=fn0+fn1;

normalize(en);

if(en dot vec(0,0,1)<0)

}} }

if(region.empty())continue;

regionset.push_back(region);

}

取樣點重對映回網格

支撐結構分多種,最常用的就是垂直方式,也有樹狀結構。垂直結構,比較牢固,但比較耗材,支撐也是成本。樹狀支撐比較省成本,但演算法計算複雜,越往下根越少,趨於稀疏。

上面兩幅圖為一樣的支撐點數量,生成的垂直支撐和樹狀支撐。 技巧:懸空區域大時建議用垂直支撐,更加牢固,穩定,若選用樹狀支撐,適當加粗枝幹引數

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