本申请公开了面向3D打印的堆叠打印生成方法及系统，包括：获取若干个待打印的3D模型，对每个待打印的3D模型建立八叉树结构；对每个待打印的3D模型，设置约束面；所述约束面是指3D模型上不允许添加支撑的区域；根据每个待打印的3D模型的约束面，计算所有待打印3D模型的可旋转角度；在待打印3D模型的可旋转角度的约束下，对所有待打印3D模型进行排列；对排列好的待打印3D模型，添加脚手架和支撑结构；在脚手架和支撑结构的辅助下，实现一次打印多个3D模型。模型。模型。
【技术实现步骤摘要】
面向3D打印的堆叠打印生成方法及系统
[0001]本申请涉及3D打印
，特别是涉及面向3D打印的堆叠打印生成方法及系统。
技术介绍
[0002]本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]3D打印作为快速成型技术的一种，是以数字模型文件为基础，利用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印是一种增材制造技术，相较于传统的减材制造，增材制造可以生产定制化的或者结构更为复杂的产品。对于某些定制化的医疗产品或者结构复杂但需求不高的非标准件，使用增材制造能够降低其制造难度，降低生产成本。但在批量生产方面，其速度目前无法超越传统的工业制造方式。
[0004]为了提高打印效率，尽可能多的同时打印多个模型一直是3D打印的研究热点。同时打印多个模型能够避免3D打印机重复启动预热等非必要步骤，合并去支撑、后处理等需要人工参与的碎片时间，使3D打印机可以在夜间等非工作时间能够连续打印。但是目前3D打印机对打印空间的利用率普遍不高，造成这一现象的原因首先是在有限空间内多物体的组合排列是一个NP问题，很难给出利用率最优的解决方案；其次是使用不同的打印技术，多物体排列组合还应考虑到打印约束的限制，如使用FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积成型)和DLP(digital light processing，光固化)等打印机技术时还需考虑到模型加支撑的问题。使用DLP打印技术，直接照灯成型作用于光敏树脂材料，具有打印精度高，制作速度快，模型表面光滑的特点，因此受到市场和用户的青睐。但DLP打印作为一种单一材料打印技术，打印模型时无法对模型和支撑进行区分，而去支撑和模型打磨等后处理过程又会对模型精度产生影响，产生毛刺。在很多应用中，用户对模型表面质量有很高的要求。比如：齿科模型，雕塑，浮雕，艺术品等等部分表面不允许加支撑。本申请将这种不允许加支撑的区域称之为约束面。
[0005]如何在满足模型支撑约束条件下，尽可能多的利用打印空间一次打印多个模型，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]为了解决现有技术的不足，本申请提供了面向3D打印的堆叠打印生成方法及系统；通过设计楼层状脚手架，能够同时满足打印过程中层叠打印，约束面无支撑的要求。对于每个楼层，本文使用启发式的多面体排列算法逼近空间利用效率最高的排列结果，从而提高整体的空间利用率，提高打印效率。
[0007]第一方面，本申请提供了面向3D打印的堆叠打印生成方法；
[0008]面向3D打印的堆叠打印生成方法，包括：
[0009]获取若干个待打印的3D模型，对每个待打印的3D模型建立八叉树结构；
[0010]对每个待打印的3D模型，设置约束面；所述约束面是指3D模型上不允许添加支撑
的区域；
[0011]根据每个待打印的3D模型的约束面，计算所有待打印3D模型的可旋转角度；
[0012]在待打印3D模型的可旋转角度的约束下，对所有待打印3D模型进行排列；
[0013]对排列好的待打印3D模型，添加脚手架和支撑结构；在脚手架和支撑结构的辅助下，实现一次打印多个3D模型。
[0014]第二方面，本申请提供了面向3D打印的堆叠打印生成系统；
[0015]面向3D打印的堆叠打印生成系统，包括：
[0016]获取模块，其被配置为：获取若干个待打印的3D模型，对每个待打印的3D模型建立八叉树结构；
[0017]约束面设置模块，其被配置为：对每个待打印的3D模型，设置约束面；所述约束面是指3D模型上不允许添加支撑的区域；
[0018]可旋转角度计算模块，其被配置为：根据每个待打印的3D模型的约束面，计算所有待打印3D模型的可旋转角度；
[0019]排列模块，其被配置为：在待打印3D模型的可旋转角度的约束下，对所有待打印3D模型进行排列；
[0020]打印模块，其被配置为：对排列好的待打印3D模型，添加脚手架和支撑结构；在脚手架和支撑结构的辅助下，实现一次打印多个3D模型。
[0021]第三方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。
[0022]第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
[0023]第五方面，本申请还提供了一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行的时候用于实现前述第一方面任意一项的方法。
[0024]与现有技术相比，本申请的有益效果是：
[0025](1)本申请提出的脚手架结构可以在满足模型支撑约束条件下，尽可能多的利用打印空间一次打印多个模型，既满足了用户对模型表面质量的要求，也可以适用于大批量生产，大大节省了人力和时间成本。
[0026](2)本申请提供的排列方法，可以快速得出排列结果，且排列紧密，具有很高的实用价值。
附图说明
[0027]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0028]图1为本申请实施例一的面向3D打印的堆叠打印生成方法及系统流程图；
[0029]图2为本申请实施例一的对输入模型的约束面选取；
[0030]图3为本申请实施例一的计算模型的可旋转角度；
[0031]图4为本申请实施例一的对需要加支撑的悬垂面的说明图；
[0032]图5(a)-图5(d)为本申请实施例一的分别测试不同角度，脚手架打印结果；
[0033]图6(a)-图6(c)为本申请实施例一的3种不同角度的包围盒的示意图；
[0034]图7(a)-图7(b)为本申请实施例一的在某层包围盒排列的正视图和俯视图；
[0035]图8为本申请实施例一的可放置点的说明示意图；
[0036]图9(a)-图9(d)为本申请实施例一的对模型的排列算法示意图；
[0037]图10(a)为本申请实施例一的25个不同大小模型的排列结果示意图；
[0038]图10(b)为本申请实施例一的图9(a)中排列结果加上脚手架和支撑后的结果示意图；
[0039]图11为本申请实施例一的图9(b)的实际打印结果图。
具体实施方式
[0040]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0041]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.面向3D打印的堆叠打印生成方法，其特征是，包括：获取若干个待打印的3D模型，对每个待打印的3D模型建立八叉树结构；对每个待打印的3D模型，设置约束面；所述约束面是指3D模型上不允许添加支撑的区域；根据每个待打印的3D模型的约束面，计算所有待打印3D模型的可旋转角度；在待打印3D模型的可旋转角度的约束下，对所有待打印3D模型进行排列；对排列好的待打印3D模型，添加脚手架和支撑结构；在脚手架和支撑结构的辅助下，实现一次打印多个3D模型。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述约束面由用户通过选框来选取，所述约束面为3D模型被打印时不允许向3D模型添加支撑结构的面片，所述约束面包括一个或多个。3.如权利要求1所述的方法，其特征是，计算所有待打印3D模型的可旋转角度，具体步骤包括：对于所有可能的角度，分别判断是否满足待打印3D模型i的约束面不能加支撑的约束；如果满足，则将该角度r
k
加入待打印3D模型i的可旋转角度集R
i
中；最终得到所有待打印3D模型的可旋转角度集R{R1...R
n
}。4.如权利要求1所述的方法，其特征是，在待打印3D模型的可旋转角度的约束下，对所有待打印3D模型进行排列；具体步骤包括：测试脚手架顶面稳定不变形时，顶面和XOY平面的最小倾角θ
min
，其中XOY平面为XYZ坐标系的俯视图平面；根据待打印3D模型的可旋转角度，计算出所有模型的最大高度h
max
，最小高度h
min
和最大长度l
max
，打印机的打印范围的长为L，打印机的打印范围的宽为W，打印机的打印范围的高为H；计算得到顶面和XOY平面的最大倾角θ
max
；脚手架每层的顶面都允许是[-θ
max
，θ
min
]∪0∪[θ
min
，θ
max
]中的任意角度，为了保证有限时间内得出结果，把脚手架每一层的可能倾角的连续集合以为e间隔变为离散的角度集；根据得到的离散的角度集，对每个待打印3D模型的所有可旋转角度，建立模型八叉树结构的相应包围盒B{B1,B2,..B
n
}；对脚手架的每一层，遍历得到离散的角度集；对于每一种可能的角度，使用相对应的包围盒进行排列；排列时进行层内不堆叠排列，当前层如果不能继续放置模型，进行下一层...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，曹令鑫，田李昊，彭昊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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