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：

成形方向優化

針對目前算法僅考慮在等厚分層前提下進行優化的問題，提出了基于自適應分層的3D打印成形方向優化算法，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學函數。
• 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。
• 全局搜索最優解：選取全局搜索能力最優的遺傳算法在全局范圍內搜索最優解，得到最佳成形方向。

算法優勢

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化，凸顯了算法的通用性。

分層切片

針對現有分層算法在處理網格數量龐大或切片厚度細密時出現耗時太長的問題，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。
• 交點情形與分層區域：給出交點在參與輪廓構造時所有可能出現的情形，建立分層區域的概念，并根據輪廓交點所在的區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。
• 數據結構與規則建立：通過交點、輪廓等數據結構和兩個關鍵規則的建立，實現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，進一步節約了內存和計算量。

算法優勢

大量實例表明，本文分層算法具有極高的切片效率，解決了現有算法在處理包含大量網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。

軟件系統開發

基于本文提出的算法及理論，開發了3D打印軟件系統，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；成形方向優化功能

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