【基于等厚度的3D打印切片方法概述6300字】

VII基于等厚度的3D打印切片方法概述目录TOC\o"1-3"\h\u4711基于等厚度的3D打印切片方法概述 1260241.1引言 1158751.2分层切片 471771.1.1交线情况 4155561.1.2数据处理 510521.1.3拓扑求交 6255191.1.4路径生成 6198581.1.5生成GCODE 9147851.3实验验证与分析 9278041.4小结 111.1引言1.2导入STL文件模型STL，STL文件中三角形的单位信息部分是带有方向向量的三角形，STL3D模型由一系列这样的三角形组成。整个STL文件的第一行提供文件路径和文件名。在STL文件中，每个面都包含7行数据。法线是指指向实体外部的三角形的通常矢量的坐标。外循环显示以下3个。该行中的数据是3个内部行的坐标，并且这3个行的排列与指向实体外部的法线向量的方向相反。图2-1ASCII格式的STL文件结构1.1.1STL文件格式图2-2ASCII格式的STL文件结构

图2-3二进制格式的STL文件结构1.2分层切片1.1.1交线情况所选截面与三角片面相交，三角片无顶点和截面重合，则必须单独计算交点，计算交线位置。三角形中有一个顶点恰好处于截面处，需计算三角片与截面交线。截面上有两个三角形的顶点，需纪录交线。1.1.2数据处理本实验基于matlab进行切片实验。需要读取要打印的STL模型的数据，可以用matlab中的stlread函数。此函数可以得到一个三角网格对象。其中分别是坐标矩阵A和顶点索引矩阵B。在矩阵B中，获得不同三角片的顶点位置，然后在A中找到顶点的三个坐标，最终可以将其以Z轴坐标值按大小排序，得到并排的一行，最后可以获得一个新的三角片面的坐标矩阵以及三角片的坐标信息，片数。通过读取二进制的stl文件，函数值可以返值triangles。然后通过函数slicestlcreatpath处理triangles的数据，再返回三角片面的三个顶点和法矢量信息以及三角片面的个数。二进制stl文件的数据结构：二进制stl文件起始的80个字节是文件头，用于存储文件名。紧接着用4个字节的整数来描述模型的三角面片个数，后面再逐个给出每个三角面片的几何信息。而每个三角面片占用固定的50个字节，依次是：(1)3个4字节浮点数（角面片的法矢量）(2)3个4字节的浮点数（1个顶点的坐标）(3)3个4字节浮点数（2个顶点的坐标）(4)3个4字节浮点数（3个顶点的坐标）1.1.3拓扑求交在获得的三角网格模型中，两个三角形相连接121的交点P1AB2，然后计算切平面与三角面片2的另一个交点P2，根据交点P2所在的边BC3步骤3，重复步骤2，直到找不到下一个拓扑三角面片，按顺序连接交点即可获得当前封闭轮廓。步骤413面片集合为空集，从而完成该层切片所有封闭轮廓的创建。图2-4交线情况1.1.4路径生成本实验基于matlab将读取的stl文件中的三角面片按照设定的切片高度分层。而这回产生一系列坐标，3D打印需要移动不同的高度对stl文件创建不同轮廓。函数首先会寻找并计算三角面片与切片平面的交线，然后由uniquetol函数创建连续的路径。（该函数是在Matlab2015b及更高版本中集成。首先根据三角面片来计算模型的Z轴方向的高度，最大和最小值。然后进行等厚度分层。Z轴方向实现等厚度分层切片，切平面的两个极端值，最高最低位置均会穿过三角面片的顶点。然后再寻找相交的三角形面片，判断参考平面与三角面片的相对位置关系。主要分为以下几种情况：若参考切平面高度高于三角面片的最低顶点，并且参考切平面已经到达最低处的切平面，则是一种错误的情况。参考切平面高度高于三角面片的最低顶点，并且（紧贴的）下方的切平面低于最低顶点。参考切平面高度高于三角面片的最低顶点参考切平面高度低于三角面片的最低顶点。若参考切平面高度高于三角面片的最低顶点，则将参考平面降低一个位置。当参考切平面高度低于三角面片的最低顶点是，将参考平面增加一个位置。，P为一个旋转矩阵。以X轴线方向的线为基准，将所需的不同线段进行旋转得到平行与于此轴方向的线。当需要进行线填充时，需要先用旋转矩阵P作用于填充边界。生成等距离的平行于X轴线方向的填充线，最后可利用矩阵P的逆矩阵得到所需方向的填充线。而需要生成平行于X轴方向的线时，要知道填充边界Y方向的范围，在此范围内依次沿等间距的直线与所需要填充的内外轮廓相交得到线段。将所需方向的线旋转成平行于XMX轴方向的填充线后再用M-1作用到所有填充线就能得到所需X轴方向的填充线，先确定填充边界Y方向的lineSpacing的等间距的直线与填充区域的外轮廓和2-22所示：在轮廓线和填充两种路径中。轮廓非常简单，只需沿着2D图形的边缘走一圈即可。外壁和内壁都属于轮廓。填充记录只是填充的边界，它们的路径是边界内的平行线或网格线。为了便于在各个方向上生成平行线，定义了旋转矩阵M以沿所需方向旋转线以使其平行于X轴。对于线填充，首先将旋转矩阵M应用于填充边界，生成等距且平行于X轴的填充线，然后使用M-1应用于所有适合的填充线，获得填充线的方向。要生成平行于X轴的填充线，请首先确定Y方向上填充边界的范围。在此范围内，通过使填充区域的外部轮廓和内部轮廓与均匀间隔的lineSpacing线交叉来获得该线。面积线不记录内部轮廓线，也不需要打印内部轮廓。填充线网格线填充包括两组垂直线填充。填充率取决于行距由lineSpacing控制，100％填充系数的行间距为0，0％填充系数的行间距为无限。也就是说没有行。网格结构更合理，但是样式相交被打印两次。如果填充率相对较高，则间距将变窄并且相交处将非常密集，这将对打印质量产生重大影响。如果填充系数小于20％，将用网格填充，否则将用线填充。即使仅使用线条填充，也可以对两个相邻部分使用不同的方向进行线条填充。通过使两个相邻部分的线填充方向垂直，可以得到类似网格的结构，但是内部是不同的。横截面中相同方向上的线之间的间距，但网格填充之间没有间距。路径处理在决定如何打印每个打印区域之后，需要确定打印顺序。对于不同的打印区域，在打印该区域后，找到最靠近当前点的区域，然后将打印头从当前点移动到目标区域。而移动时无法继续挤压，否则可能会导致拉丝，并可能严重影响打印模型。对于FDM打印，不可能仅暂停挤出机。即使暂停，FDM打印机的加热腔挤出机也有少量旋转。解决方案是在移动前将挤出机拉回，高速将挤出机翻转一定距离，然后将加热室内的大部分物料拉回。此后，当您移动时，几乎不会出现任何轮廓。即使没有拉线也将达到目标。在该点之后，挤出机返回到泵的距离并恢复挤出机的状态。对于相同的打印区域，它应该与上面的相同。每次完成路径输入时，都会在该区域中找到最接近当前点的路径。如果当前点不在目标路径上，它将还原。需要一些时间。每次只需要0.5秒，但是在填充区域中有很多行。如果您击中这些线并继续将其拉回，则打印时间不短。仅用于撤回/恢复的区域。累计时间不短。整个模型要花很长时间才能从几百层到几千层不等。向每个区域添加数据，以记录空闲时打印头无法拉回的区域（例如填充区域和内部打印区域）。如果在移动时当前点和目标点都在该区域内，则将在该区域内移动。您可以节省时间，因为您只能暂停挤出机以到达轨迹，即轨迹的目标点。填充区域旨在提高打印模型的稳定性。即使在内部画了一条线，对模型的影响也很小，可以忽略。内部打印区域原本打算使用电线进行打印。1.1.5生成GCODE3D打印机需要G-CODE才能执行具体的动作，G-CODE与3D打印机的喷头移动，风扇以及加热设备等都有关系。在完成路径的规划后，则需要生成G-CODE。Gcode文件中的每一行都是3D打印机固件所能理解的命令。而这些命令，也被称为G-code命令，是3D打印机和电脑之间最重要的命令交互界面。GCODE指令可控制系统的机械手行为。机器将响应命令将材料的纤维（挤出机直径）沉积在给定温度（挤出机温度），给定速率（挤出速率）并以x-y方向移动（工具路径，挤出机移动速度）。此外，可以将打印表面加热到防止翘曲（床温），并且可以通过在各种温度下打开风扇来冷却打印件打印高度。图2-5基于matlab的切片G-CODE生成1.3实验验证与分析本实验用matlab进行切片操作，采用了2个模型进行打印。图2-6螺丝模型切片效果图2-7轮胎模型切片效果螺丝模型打印结果轮胎模型打印效果由最后的打印结果可以看出，等厚度切片算法用于打印可以完成模型塑形，然而一些特殊位置的打印可能不够精准，会产生一定的台阶效应。阶效应是产生模型误差的主要因素，并且是由增材制造原理引起的。增材制造本质上是关于分层然后堆叠。层压是使用垂直于分层方向的平行平面切割三维模型以获得横截面层的过程。当分层厚度趋于无限小时，打印的实体与三维模型相同。然而，实际上它受到诸如制造过程之类的因素的限制，并且层厚度的值在设备和印刷过程所允许的最大和最小之间。因此，在打印实体和输入3D模型之间存在间隙，这是台阶效应。特别是当叠加方向偏离模型表面一定角度时，3D打印将产生明显的台阶效果。1.4小结在打印详细过程中，主要打印了有螺丝模型和轮胎模型，然后验证能否通过打印机打印出来。两个模型分别选取不同的层高层厚参考其打印效果。表3-1模型对比模型表面复杂度拓扑结构复杂度打印结果螺丝复杂，表面有花纹，层厚较小简单好。模型完整，花纹清晰轮胎复杂，表面孔洞多杂，孔洞多较好。模型完整，孔洞部分略粗糙。由图中可以看出，打印结果较为成功，可以基本将模型形状打印出来。对于不需要严格保留模型特征的构件，可以采用等厚度分层切片进行打印。如图，从打印结果看出，本文所叙述的三维打印切片算法（主要依据于Cura）是十分可靠的，无论模型简单还是复杂，都能够将一个完整的模型打印出来。对于在传统加工使用刀具切割非常难加工的镂空模型，三维打印这种基于层层叠加的制造方式，也能够将其较好地制造。这个过程可以描述为在数字信号的激发下，液滴在喷嘴中瞬间形成液滴，并喷洒到以一定的速度和频率在一定的位置上，逐层凝固形成零件。有许多文件格式（例如STL，CLI，SLC，PIC等）适用于快速原型制作technology.3DS