一种3D水泥打印的快速分层方法技术

本发明专利技术公开了一种3D水泥打印的快速分层方法，涉及3D打印技术领域，该方法首先根据3D水泥打印的打印头精度对STL模型进行数据预处理，实现数据精简，从而可以在满足打印精度的基础上减少计算量、加快切片速度，然后建立三角面片之间的排序列表和面片拓扑关系，根据排序列表和面片拓扑关系可以确定与切片截面相交的所有目标面片及互相之间的邻接关系，然后对第一个目标面片至最后一目标面片的有序线段首尾拼接即得到截面轮廓走向，分层快速有效、实现简单、达到一定时效性、稳定可靠。稳定可靠。稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种3D水泥打印的快速分层方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其是一种3D水泥打印的快速分层方法。

技术介绍

[0002]水泥基复合材料用作3D打印材料可以解决现有普通水泥基材料凝结时间长且呈流动性的问题，可以很好的满足3D打印过程快速凝结的性能要求，因此使得3D水泥打印在建筑行业的应用得到了技术上的支持。
[0003]3D水泥打印与常规的3D打印技术类似，首先都需要对待打印的物体进行分层然后得到截面轮廓信息。现有3D打印技术主要基于STL模型算法实现分层，主要有以下几种方法，但都各有缺点：
[0004]一是基于三角形面片位置信息的切片算法，该算法主要考虑了STL模型中三角面片的两个特征，在分层方向上跨度越大，那么和它相交的分层平面越多，分层平面的高度和该面片的高度成线性关系。利用这两个特征，可以减少和切平面进行相交判断的面片数，从而减少分层时间。
[0005]二是基于分组切片的分层算法，该算法的原理是先整体排序，根据模型每个面片z坐标最大和最小创建矩阵，然后创建活性面片表及轮廓环建立拓扑关系，在拓扑关系的基础上进行分层处理。
[0006]上述第一种方法在三角面片数量很大时，排序过程复杂，相同交点需要计算两次；第二种方法的分层排序过程复杂。因此现有的上述两种常规的分层方法都较为繁琐，切片分层速度较慢，难以满足3D水泥打印的实际需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种3D水泥打印的快速分层方法，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种3D水泥打印的快速分层方法，该方法包括：
[0009]根据3D水泥打印的打印头精度对STL模型进行数据预处理；
[0010]根据数据预处理后的STL模型对所有三角面片依据形心坐标依次排序得到排序列表，并建立得到所有三角面片之间的面片拓扑关系，面片拓扑关系指示三角面片之间的邻接关系；
[0011]确定与切片截面相交的所有三角面片中在排序列表中位于排序两端的两个三角面片作为第一个目标面片和最后一个目标面片，并根据面片拓扑关系确定第一个目标面片和最后一个目标面片之间所有的目标面片及其邻接关系；
[0012]对于任意一个目标面片，根据目标面片的三个顶点坐标确定目标面片与切片截面相交的起始节点坐标和末端节点坐标，目标面片的末端节点坐标位于目标面片及其下一个目标面片的共有边上且同时是下一个目标面片的起始节点坐标，下一个目标面片是沿着第一个目标面片至最后一个目标面片的方向与目标面片存在邻接关系的目标面片；
[0013]沿着第一个目标面片至最后一个目标面片的方向依次将各个目标面片上的起始节点坐标连接至末端节点坐标，得到切片截面的截面轮廓走向。
[0014]其进一步的技术方案为，根据3D水泥打印的打印头精度对STL模型进行数据预处理，包括：
[0015]读取3D水泥打印的STL模型得到所有三角面片的顶点坐标；
[0016]对所有三角面片的顶点坐标利用哈希表进行分块，每个顶点坐标都与哈希值对应并映射相应的具有预定尺寸的立方体空间区域；
[0017]遍历每个立方体空间区域中的所有顶点坐标，将距离小于打印头精度的两个顶点坐标进行合并。
[0018]其进一步的技术方案为，对所有三角面片依据形心坐标依次排序得到排序列表，包括：
[0019]将每个三角面片的三个顶点坐标的平均值作为三角面片的形心坐标，并将所有三角面片按照形心坐标从小到大的顺序或者从大到小的顺序依次排列得到排序列表。
[0020]其进一步的技术方案为，建立得到所有三角面片之间的面片拓扑关系，包括对于任意的第一三角面片：
[0021]确定第一三角面片的三个顶点坐标各自对应的面片集合，每个顶点坐标的面片集合包括顶点坐标所在的所有三角面片；
[0022]若其中的第一顶点坐标和第二顶点坐标的面片集合的交集包括第一三角面片以及第二三角面片，则确定第二三角面片与第一三角面片存在邻接关系，且第一顶点坐标和第二顶点坐标构成的线段是第一三角面片和第二三角面片的共有边。
[0023]其进一步的技术方案为，根据目标面片的三个顶点坐标确定目标面片与切片截面相交的起始节点坐标和末端节点坐标，包括：
[0024]确定起始节点坐标为Seg.start＝p1+(z
‑
p1.z)/(p2.z
‑
p1.z)*(p2
‑
p1)，确定末端节点坐标为Seg.end＝p1+(z
‑
p1.z)/(p3.z
‑
p1.z)*(p3
‑
p1)，其中，p1、p2和p3分别表示目标面片的三个顶点坐标，z表示切片截面的空间Z轴坐标，p1.z表示顶点坐标p1的空间Z轴坐标，p2.z表示顶点坐标p2的空间Z轴坐标，p3.z表示顶点坐标p3的空间Z轴坐标，空间Z轴是垂直于水平面的轴；
[0025]其中，顶点坐标p2和p3在空间Z轴位于切片截面的同一侧，顶点坐标p1在空间Z轴位于切片截面的相对于p2和p3的另一侧，起始节点坐标位于顶点坐标p1和p2构成的线段上，末端节点坐标位于顶点坐标p1和p3构成的线段上。
[0026]本专利技术的有益技术效果是：
[0027]本申请公开了一种3D水泥打印的快速分层方法，该方法考虑到3D水泥打印精度要求不高的实际使用场景，首先进行分析处理实现数据精简，从而可以在满足打印精度的基础上减少计算量、加快切片速度，通过拓扑关系和排序列表可以确定与切片截面相交的目标面片及互相之间的关系，然后对第一个目标面片至最后一目标面片的有序线段首尾拼接即得到截面轮廓走向，实现简单、达到一定时效性、稳定可靠。
附图说明
[0028]图1是本申请公开的3D水泥打印的快速分层方法的流程图。
[0029]图2是对STL模型进行数据预处理时的效果示意图。
[0030]图3是本申请的方法在执行过程中一个实例涉及到的结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。
[0032]本申请公开了一种3D水泥打印的快速分层方法，请参考图1所示的流程图，该方法包括如下步骤：
[0033]步骤S1，对STL模型的数据预处理。
[0034]载入3D水泥打印的STL模型并进行分析处理，本申请的数据预处理主要是根据3D水泥打印的打印头精度对数据进行简化。具体的：读取3D水泥打印的STL模型得到所有三角面片的顶点坐标，对所有三角面片的顶点坐标利用哈希表进行分块，每个顶点坐标都与哈希值对应并映射相应的具有预定尺寸的立方体空间区域，然后遍历每个立方体空间区域中的所有顶点坐标，将距离小于打印头精度的两个顶点坐标进行合并、删除两个顶点相同的三角面片。如图2所示，顶点坐标A和A
′
之间的距离小于打印头精度，则删除其中一个顶点坐标A
′
，保留顶点坐标A，同时可以删除两个三角面片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D水泥打印的快速分层方法，其特征在于，所述方法包括：根据3D水泥打印的打印头精度对STL模型进行数据预处理；根据数据预处理后的STL模型对所有三角面片依据形心坐标依次排序得到排序列表，并建立得到所有三角面片之间的面片拓扑关系，所述面片拓扑关系指示三角面片之间的邻接关系；确定与切片截面相交的所有三角面片中在所述排序列表中位于排序两端的两个三角面片作为第一个目标面片和最后一个目标面片，并根据所述面片拓扑关系确定所述第一个目标面片和最后一个目标面片之间所有的目标面片及其邻接关系；对于任意一个目标面片，根据所述目标面片的三个顶点坐标确定所述目标面片与所述切片截面相交的起始节点坐标和末端节点坐标，所述目标面片的末端节点坐标位于所述目标面片及其下一个目标面片的共有边上且同时是下一个目标面片的起始节点坐标，下一个目标面片是沿着所述第一个目标面片至最后一个目标面片的方向与所述目标面片存在邻接关系的目标面片；沿着所述第一个目标面片至最后一个目标面片的方向依次将各个目标面片上的起始节点坐标连接至末端节点坐标，得到所述切片截面的截面轮廓走向。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述根据3D水泥打印的打印头精度对STL模型进行数据预处理，包括：读取3D水泥打印的STL模型得到所有三角面片的顶点坐标；对所有三角面片的顶点坐标利用哈希表进行分块，每个顶点坐标都与哈希值对应并映射相应的具有预定尺寸的立方体空间区域；遍历每个立方体空间区域中的所有顶点坐标，将距离小于所述打印头精度的两个顶点坐标进行合并。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述对所有三角面片依据形心坐标依次排序得到排序列表，包括：将每个三角面片的三个顶点坐标的平均值作为所述三角面片的形心坐标，并将所有三角面片按照形心坐标从小到大的...

【专利技术属性】
技术研发人员：豆文忠，张秋菊，宁萌，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：