快速成型的STL模型切片轮廓优化新方法.pdf

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1、快速成型的STL模型切片轮廓优化新方法NOWoptimizationmethodofSTLmodeIslicecontouronrapidprototyping周惠群，吴建军ZHOUHui—qun．WUJian-jun(西北工业大学现在设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072)摘要：目前的大多数快速成型系统在表达CAD模型时仍采用STL模型，因此在模型切片后截面轮廓含有大量的数据冗余点，严重影响了快速成型过程的效率和制造精度。基于此，提出了一种STL模型切片轮廓数据优化的新算法。实例表

2、明该算法可以提高STL模型切片后截面轮廓数据处理的效率和精度。在保证加工精度的前提下，可以进一步提高成型件的加工效率与质量，进而改善其性能。关键词：快速成型；STL模型；切片轮廓；数据优化中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009—0134(2015)06(下)一0025—03Doi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2015．o8(下)．080引言1STL文件及STL模型切片快速成型是一种基于离散累加的先进制造技术，近1．1STL文件年来得到了非常迅猛的发展。其基本过

3、程是首先对零件的CAD模型进行分层处理，得到零件的二维截面数据，然后根据每一层的截面数据，以特定的方法生成与该层截面形状一致的薄片，这一过程反复进行，逐层累加，■固直至生长出零件的实体模型。也就是说，在快速成型的加工过程中，CAD模型必须经过分层处理才能将数据输入到相应的加工设备中，因此可以说分层处理是快速成图1CAD模型、STL模型及三角形面片的示意图型的核心，所以该问题一直是该领域的研究热点“0l。如图l(a)、(b)、(c)所示分别是零件的CAD模型图、针对CAD模型的分层，国内外相关的研究

4、人员提出STL模型图和单个三角形的3个顶点坐标及三角形面片了各种分层算法，主要可以分为基于CAD模型的直接分的法向量示意图。STL文件是若干空问小三角形面片的层和基于STL模型的分层这两大类算法。在快速成型技集合，每个三角形面片用其三个顶点和指向模型外部的术的早期，普遍采用由美国3DSystem公司提出STL文三角形面片的法向量组成。STL文件的大小(即三角形件来表示CAD实体模型虽然STL文件有种种不足和缺数量)与产生该文件时对其要求的精度有关。当STL模陷，但目前仍然是CAD模型转化成快速成型

5、数据的主要型对CAD模型的近似程度(即精度)较高时，用来近来源。而在众多的分层算法中，基于STL模型的分层算似零件表面的三角形面片数目较多，反之则较少。关于法依然是研究的主流】STL文件格式的文献很多，这里不再赘述。由于STL文件是对CAD模型表面用一系YU4,三角形面片进行近似而得到的，这使得在快速成型加工中截面1．2STL模型切片轮廓含有大量的冗余微小线段，这些线段必然影响加工快速成型加工的预处理是先建立零件的CAD模型，过程的平稳性和效率。为了提高加工精度和速度，对这然后将此模型转化成STL

6、模型，在STL模型上指定一个些微线段轮廓进行优化处理成为研究人员必须面对的问分层方向(一般为z轴)，沿着分层方向每隔一定距离题。在此基础上，文献【5】提出采用计算曲率的方法，文用垂直于z轴的平面P进行切片处理，再把所得到的截面献[6l提出了限定三角形高度的方法等等。本文在总结前轮廓的微线段连接成封闭的轮廓线，即STL模型的截面人的基础上，提出了一种数据冗余点去除的新算法——基轮廓。换言之，分层就是用垂直于分层方向的截平面于截面轮廓三角形面积及其累加误差的计算方法，该方法截交STL模型，这个截平面和

7、STL模型的三角形相交，可以在保证加工精度的条件下，有效地去除了冗余点。然后得到封闭的截面轮廓线。收稿日期：2015-03-17作者简介：周惠群(1966一)，男，陕西西安人，副教授，硕士，主要从事CAD／CAM技术和快速成型技术的研究。第37卷第6期2015—06(下)[251当STL模型对CAD模型的近似程度较高时，因为三高h和底L是反比关系。A、B、C三个点中，总有一个点角形数目多，分层后得到的截面轮廓会有大量的微线应该被忽略。aPh较大时，L就较小；L较大时，h就较段。而且，因为三角形共顶

8、点及共边，在同一条直线段上小。这样，通过求面积的方法，前述的各类冗余点就合还会存在多个数据点，在同一个数据点上也会有多个重合并为一类了。设：点。切片厚度根据零件的精度和成型机的有关参数确定，1／2×h×L≤6(6是设定的允许误差范围)(3)如果切片厚度小，成型精度高，但成型的效率低。在STL模型被垂直于z轴的平面截交以后，形成一用平面P1、P2、P3去截交STL模型的情况如图2所个新的截面轮廓区域。该区域就是快速成型加工的扫描示。从图2中可以看出，截交STL模型后得到的轮廓是区域。