在3D打印前處理算法中，對零件成形方向選擇和分層切片兩大關鍵部分進行了研究，具體內容如下：

成形方向優(yōu)化

針對目前算法僅考慮在等厚分層前提下進行優(yōu)化的問題，提出了基于自適應分層的3D打印成形方向優(yōu)化算法，旨在進一步提高打印件的表面質量，減少后處理工作量。

算法創(chuàng)新點

• 量化“差異”：在自適應分層的基礎上，將不同成形方向下實際模型與理論模型之間的“差異”以體積誤差的形式量化，得到成形方向和體積誤差之間的數(shù)學函數(shù)。
• 坐標變換：通過STL模型的坐標變換，使自適應分層能沿任意方向進行，滿足后續(xù)求解要求。
• 位置關系分析與計算：分析三角形面片與分層平面之間的位置關系，遍歷輪廓鏈表完成整個模型的體積誤差計算。
• 全局搜索最優(yōu)解：選取全局搜索能力最優(yōu)的遺傳算法在全局范圍內搜索最優(yōu)解，得到最佳成形方向。

算法優(yōu)勢

實例表明，該算法能夠找到在自適應分層前提下的最佳成形方向，與現(xiàn)有算法相比，進一步降低體積誤差、提高表面質量。由于利用了分層切片的共性，本文算法能夠結合各種自適應分層進行成形方向的優(yōu)化，凸顯了算法的通用性。

分層切片

針對現(xiàn)有分層算法在處理網(wǎng)格數(shù)量龐大或切片厚度細密時出現(xiàn)耗時太長的問題，提出了一種改進的高效輪廓構造算法。

算法創(chuàng)新點

• 探討異同與提出算法：深入探討了相鄰兩層切片在輪廓構造上存在的異同，進而提出了本文的切片算法。
• 交點情形與分層區(qū)域：給出交點在參與輪廓構造時所有可能出現(xiàn)的情形，建立分層區(qū)域的概念，并根據(jù)輪廓交點所在的區(qū)域將所有交點劃分成兩類，算法的輪廓構造方式也相應分為兩種。
• 數(shù)據(jù)結構與規(guī)則建立：通過交點、輪廓等數(shù)據(jù)結構和兩個關鍵規(guī)則的建立，實現(xiàn)二類交點直接進行輪廓構造，避免了“公共邊”重復匹配的問題。
• 內存與計算量優(yōu)化：算法使用“二維”結構保存所有輪廓交點，同時使用增量算法計算二類交點坐標，進一步節(jié)約了內存和計算量。

算法優(yōu)勢

大量實例表明，本文分層算法具有極高的切片效率，解決了現(xiàn)有算法在處理包含大量網(wǎng)格的復雜模型或切片細密時，耗時太長甚至無法完成切片的問題。

軟件系統(tǒng)開發(fā)

基于本文提出的算法及理論，開發(fā)了3D打印軟件系統(tǒng)，并設計了軟件界面。軟件的主要功能包括：STL模型的讀取和渲染顯示；幾何變換和視圖變換功能；等厚分層、自適應分層功能；成形方向優(yōu)化功能

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