3D打印物体的稳定平衡优化

3D打印日渐流行,赋予大众创造物体的能力.首先通过计算机中3D建模软件构造3D数字模型,再借助3D打印加以制造.虚拟环境中无物理规则的特点使得模型千姿百态,但是通过3D打印之后发现物体无法平衡站立.首次提出3D打印物体的稳定平衡优化问题,针对这一问题,研究不倒翁的原理,提出稳定平衡优化算法,使得物体达到稳定平衡.具体做法为先将物体体素化,迭代式从水平、垂直方向进行逐体素的挖空,选取最佳的挖空方式;对于个别极端例子,再通过对底部小范围内的修改来达到稳定平衡.逐体素的启发式挖空策略避免了挖空可能出现的悬浮、自相交等问题;底部局部小范围的修改也保证了物体的形状基本不变,该方法的可行性通过多个例子的成功优化得到证明.     

3D打印启发下的模型实例化优化研究综述

3D打印技术作为一种新型的快速成型技术,为三维模型实例化制造带来了很大的便利,同时也给数字几何处理带来了新的挑战.为了能够通过更加快速、廉价的方式打印出实现了某些特定功能的实例化模型,分别从模型设计和打印2个阶段对3D打印启发下的模型实例化优化研究进行概述.希望能够使读者对这方面的研究热点以及进展有基本了解,并有所启发.     

3D打印技术原理及发展应用

近些年,随着人类科学和社会的不断进步,对加工制造技术也提出了更高的要求,3D打印技术作为一种新型的快速加工成型技术开始逐渐发展成熟起来,在生物医学、建筑、工业设计、美术制作等领域得到了不同程度的应用。本文综述了3D打印技术的发展过程,详细介绍了3D打印技术的基本原理和实现过程,分析了3D打印技术在仿真建模与工艺流程上的具体实现方法,比较了3D打印技术和其它打印技术的优缺点,最后对3D打印技术的发展和未来进行了一定程度的展望。     

3D打印模型版权保护技术研究进展

目的 近年来3D打印模型的版权标注和保护引起了研究者的关注,为了全面反映3D打印模型版权保护研究的现状和最新进展,本文对国内外公开发表的主要文献进行了梳理和分析。方法 首先在广泛文献调研的基础上,描述3D打印模型文件和3D打印模型攻击类型,分析3D打印和扫描过程对模型的影响。然后对3D打印模型的版权保护策略进行分类,详细阐述每类方法的基本框架和相关技术特征。最后根据相关文献,将3D打印数字水印方法与传统网格水印算法和抗3D打印—扫描攻击的性能进行比较。结果 基于物理特性的3D模型版权保护技术能对3D打印后的模型嵌入有效的具有一定隐蔽性的版权标识,但在提取微结构体等信息时需要借助一些专用设备,不具有普适性。基于数字水印的方法既能抵抗传统的数字模态下的相似性变换、剪切、噪声、细分、量化、光顺等攻击,又能有效抵抗3D模型的数/模等模态转换攻击,并且高精度的3D打印机和扫描仪能有效提高水印的检测率。结论 3D打印产品是设计者和生产企业的智慧和心血的结晶,包含知识产权。随着3D打印在工业领域的广泛应用,3D打印模型版权保护有着广阔的应用前景和研究价值,但目前针对3D打印模型的版权保护的检测和评估机制存在一些局限性,未来需要构建统一的3D打印模型测试库和3D打印模型水印评测体系。     

3D打印技术及应用趋势

3D数字打印技术的快速发展与广泛应用,对我们的国家社会经济发展进步具有重要的推动作用,对于提高人们的生活质量十分有利,同时3D数字打印的新技术在现代建筑工程技术中的应用也日益增多,对我国建筑工程未来的良好技术发展趋势有着重大的促进推动力和作用,3D打印技术在其他领域也有了广泛的应用,例如医学生物学方面,通过3D打印向人们展示了新的医学发展,对于提高人们的生活质量有着积极地促进作用。     

3D打印技术以及应用趋势

在最近的一段时间内,3D打印技术在诸多个领域当中,例如工业产品制造,尤其是数字产品模型制造方面的应用已经越来越受到人们的关注和喜爱。3D打印技术实际上就是一种以数字的样子从三维立体的实物高速构造物理对象的非常流行的制造技术。该技术在医疗行业、骨骼制造、文物制造、工业制造、汽车零件制造、航空航天以及国防、教育、地理信息系统等领域都有着较为广泛的应用。众多研究者认为这项技术将引领制造业发展的新趋势,甚至被誉为2012年10大发明之一。随着3D打印技术的高速发展,3D打印技术已经慢慢地和各个领域有着越来越多的交叉,成为各个领域未来发展的强有力助推器。桌面级的3D打印设备已经开始快速发展,慢慢的变得成熟且加以应用,全球工业分析公司（Global Industry Analysis Inc）的研究报告预测2018年全球3D打印市场将达到29.9亿美元。     

基于遗传算法的一体式3D打印自动化控制技术

针对传统3D打印机存在打印自动化控制效果不佳,导致打印时间和打印成本增加的问题,提出基于改进遗传算法的一体式3D打印自动化控制技术。首先构建基于3D打印任务多目标优化调度模型,并确定优化调度的约束条件和目标函数;然后基于传统遗传算法的3D打印任务多目标优化调度问题,基于遗传算法的子代选择,引入浓度平衡机制和抑制条件,将三轮迭代缩减至一轮,得到基于改进遗传算法的3D打印任务多目标优化调度方法。仿真结果表明,改进后的遗传算法在47次、88次、86次和95次时即可实现收敛,收敛速度明显优于粒子群优化算法和传统遗传算法,寻优求解效率更高。实际应用发现,3D打印机的总打印时间由16.8小时降低至9小时,打印成本由2 759.3元下降至1 762.4元。由此说明,改进的遗传算法可减少3D打印机的打印时间和打印成本、提高打印效率,可实现3D打印自动化控制。     

一种面向移动3D图形的几何简化方法

移动3D图形计算是无线网络和图形学高速发展产生的新研究领域.由于无线网络带宽和移动终端设备显示分辨率的限制,需要将3D图形进行分解压缩,依据不同的分辨率进行内容转码.提出了一种基于改进Loop细分的几何模型简化算法.一个稠密的几何网格通过反复操作3个步骤：顶点分裂、奇点预测和重新三角化,生成由稀疏的基网格和一系列偏移量组成的渐进网格.在奇点预测过程中,将改进Loop细分模板作为预测器.由于Loop细分相关联的顶点数目少,提高了几何模型简化和重建的速度.渐进网格易于在无线网络上渐进传输,并可在移动终端上无损重建3D图形.实验表明,算法简单、效率高,适用于移动环境下3D图形的应用.     

3D打印技术在机械设计中的影响

随着我国社会经济的不断发展,科学技术水平也得到了一定的提升,3D打印作为一种新型的技术,开始出现在人们的视野范围内,并被逐渐引用到各个领域当中去,尤其是给制造业带来了不容忽视的影响,推动了我国机械制造行业的整体发展.3D打印技术是一种把电器、计算机与光学等各种先进的技术综合起来作用的一种技术,因为其成影时间短暂并且还能...     

低成本个性化巧克力三维打印平台

针对个性化巧克力加工难、制作成本高的问题,以三维扫描、三维打印为主导技术,结合嵌入式系统,设计并实现了一套个性化巧克力三维打印系统.基于Kinect深度相机及外围驱动电路搭载其水平移动旋转,实现了稳定的三维扫描功能;为了适应巧克力材料的打印并提高其打印精度和效果,重新设计了三维打印喷头、改进了温度控制、热床等模块;对捕获几何数据进行算法优化,显著提高了计算效率.实验结果表明,与国内外同类技术平台相比,文中系统有更高精度的制作效果,且该平台人机交互性友好,有良好的巧克力个性化定制功能.     

基于三周期极小曲面的三维打印全接触鞋垫建模方法

全接触鞋垫可以降低足底峰值压力来改善和预防糖尿病足群体的神经性溃疡症状,传统全接触鞋垫设计方法操作复杂,本文提出一种新颖的基于三周期极小曲面(TPMS)的三维打印全接触鞋垫建模方法.通过数据采集、全接触模型构建、模型多孔化3个步骤构建基于TPMS结构的全接触鞋垫,使用三维打印技术生产.首先采集用户脚部模型和目标鞋垫模型...     

3D打印中的几何计算研究进展

3D打印技术改变了传统的减式材料制造模式,带来了制造工艺和生产模式的变革,有力地推动了3D数字化相关技术与研究的发展.文中从3D打印的社会背景与理论背景出发,介绍了3D打印技术的分类、原理与过程.以此为基础,对近几年的3D打印中的几何计算问题给出了全面的综述,根据问题特点将其分为几何优化、结构分析、材料表面效果定制、机构设计、自支撑结构设计、内部结构设计等六大类,并对每一类作了详细的分类介绍,最后对其发展方向作了初步展望.     

基于改进粒子群算法的多机器多任务3D打印智能调度方法

针对批量3D打印成本高,多机器多任务的3D打印批次调度复杂的问题,建立以最小单位体积平均成本为目标的优化模型,并提出一种基于改进粒子群算法的智能调度方法求解该模型;首先,分析打印工场、生产流程,构建3D打印单位体积平均成本模型;之后基于改进粒子群算法,以单位体积平均成本为适应度,以调度序列为粒子的位置信息,采用十进制顺序二维编码方式表示问题的解,并在更新策略上应用线性递减权值的动态惯性因子来调整全局与局部的搜索能力;算法迭代后,得到目标函数最优值及对应解集;经实验算例结果表明,该方法较单独打印加工的单位体积平均成本降低了0.101 3GBP/cm3,有效地降低工厂生产的总成本,提高了3D打印机的利用效率。     

面向三维打印的特征驱动轮廓线编辑方法

当用户评估完三维打印模型而需要修改时,目前的编辑技术需要返回原始三维模型进行修改再重新分层,效率低、易出错且编辑不直观.为此,提出面向三维打印的模型编辑方法,即用户直接编辑分层模型的轮廓线,可见即可得,其核心是特征保持的轮廓线编辑技术.首先,将每一条轮廓线分割为特征点和特征段;每个特征点具有特征保持和位移传播的功能,特征保持允许用户自由选择是否保留特征点的角度值,而位移传播则确定了编辑操作的影响范围;两者共同定义了特征点和特征段的编辑模式.然后,根据轮廓线的所有特征及其邻接关系构建一个闭合的特征链图,并结合拉普拉斯坐标的保特征性质让编辑操作在相同层和不同层内的轮廓线上传播.实验结果表明,该方法能够有效地提高面向三维打印的模型编辑效率.     

Automatic balancing of 3D models

3D printing technologies allow for more diverse shapes than are possible with molds and the cost of making just one single object is negligible compared to traditional production methods. However, not all shapes are suitable for 3D print. One of the remaining costs is therefore human time spent on analyzing and editing a shape in order to ensure that it is fit for production. In this paper, we seek to automate one of these analysis and editing tasks, namely improving the balance of a model to ensure that it stands. The presented method is based on solving an optimization problem. This problem is solved by creating cavities of air and distributing dense materials inside the model. Consequently, the surface is not deformed. However, printing materials with significantly different densities is often not possible and adding cavities of air is often not enough to make the model balance. Consequently, in these cases, we will apply a rotation of the object which only deforms the shape a little near the base. No user input is required but it is possible to specify manufacturing constraints related to specific 3D print technologies. Several models have successfully been balanced and printed using both polyjet and fused deposition modeling printers.     

基于UML的3D打印系统平台架构设计

针对小批量定制产品,3D打印可满足不同材料、工艺参数、加工精度等多种需求,但需要采用不同的3D打印方法加工零件,单一的打印设备很难满足不同客户的需求,建立一个3D加工中心服务平台,可为不同用户提供快速便捷的加工服务.UML作为面向对象建模语言,以多种视图的形式表示软件系统的静态结构和动态行为.用UML设计了3D打印系统...     

基于应力分布的3D打印壳模型构造与优化

近年来,愈发成熟的3D打印技术拉近了模型设计与产品制造的距离.但高昂的材料费用仍是制约其发展的重要因素.因此,如何在不改变模型外观的情况下进行模型结构的优化,以此来减少模型的打印体积、降低打印成本是亟待解决的问题.针对该问题,本文提出一种基于应力分布的壳模型构造和优化算法.该算法首先基于模型的体素化表示构造距离场,提取出初始的均匀厚度壳模型.然后基于顶点的von Mises应力,自适应的向外扩张内表面,调整各部位厚度,直到达到相关约束条件.优化得到的内表面与输入的外表面围成最终的优化模型.实验结果表明,在满足外观不变、力学稳定等约束的同时,优化得到的壳模型体积为输入模型体积的17.2%~24.4%,大幅减少了模型的打印体积,有效降低了打印成本.