NURBS体参数化模型的无支撑打印算法

处理大角度悬垂结构的打印问题是无支撑打印的主要挑战。针对NURBS（non-uniform rational Bspline）体参数化模型的多自由度无支撑三维打印技术,提出一种锥形切片算法。通过对模型的三维文件进行几何映射,利用水平切片算法对其进行切片,得到模型变形后的连续打印路径G-code;然后对得到的G-code进行逆映射,生成适用于六轴机械臂的多自由度连续打印路径。利用锥形切片算法规划打印路径,可以在无须支撑的情况下,依靠自支撑结构实现对悬空结构部分的打印。最后,通过仿真实验和对比实验,验证了锥形切片算法的准确性、可行性和有效性。锥形切片算法的引入为NURBS体参数化模型的无支撑三维打印提供了一种更加高效、经济和环保的解决方案。     

有效保留模型特征的自适应分层算法

针对3D打印中已有自适应分层算法不能有效保留模型特征的问题,提出了一种新的识别和保留模型特征的自适应分层算法。首先,扩展了模型特征的定义,引入了模型特征丢失和偏移的概念;然后,提出了一种特征识别的方法,其识别模型特征的关键在于利用了模型特征出现的地方必然伴随着模型表面复杂度或切片轮廓数的变化这一性质;最后,在已有自适应分层算法的基础上,通过在特征附近用最小的分层厚度处理模型来保留模型的特征。在自主开发的软件Slicer3DP上实现了均匀分层、自适应分层和所提的分层算法,对比发现所提算法能有效解决模型特征的丢失和偏移,兼顾了分层精度和效率。仿真表明该算法可以用于对模型精度要求较高的3D打印中。     

基于局部简易拓扑结构的STL模型分层算法

为进一步提高3D打印切片效率，该文提出一种基于局部简易拓扑结构的STL模型分层算法。读取STL文件信息，确定模型坐标高度范围；依据高度信息和层切厚度确定每个切片层的高度；对三角形面片按高度进行排序。设计构造一种新型的简易半边数据结构，利用该数据结构对排好序的三角形在每个切片层分组建立并动态维护局部拓扑结构，通过拓扑结构快速得到切片轮廓。此方法不需要建立全局拓扑结构，并缩短了建立分组拓扑结构的时间，实验证明提高了切片的速度和效率。     

一种改进的STL文件快速分层算法

高效的STL模型切片算法是快速成型制造的前提和基础,在有向加权图切片算法的基础上提出了一种快速STL模型切片分层算法,去除了耗时的有向加权图建立,对切片后的数据进行后处理,除去数据中的冗余点,从而提供了一种快速的STL模型切片算法。大量实验及数据表明,新算法具有较高的效率。     

多边形Voronoi图填充算法在3D打印中的研究

为了解决3D打印路径填充往复扫描时模型外壁发生形变、减少打印机喷嘴空驶及减少打印变加速次数,人们引用Voronoi图理论进行层面路径规划.这种方法现在在简单多边形的路径规划中已得到很好的应用,但是在对复杂度较高多连通多边形路径规划上容易产生大量的数据冗余.为了解决这些问题,结合利用图像分割边缘化处理技术,对构造复杂度较高的多边形Voronoi图路径填充的算法进行了改进,并用Python语言实现了该算法.     

B样条法建立功能梯度义齿模型技术

为提高STL模型切片效率,节省系统资源,提出STL模型分层邻接排序快速切片算法.采用邻接插入法建立三角形邻接关系,根据三角形各点坐标在切片方向上投影的最大值和最小值反求与此三角形相交的切片平面,并通过分析相邻2个三角形公共边与切片平面的位置关系,按邻接顺序建立交点链表.与已有的基于STL全模型拓扑信息提取的切片算法以及分组矩阵切片算法相比,文中算法不进行整体拓扑信息的提取和三角形的分组排序,而是将三角形顺序关系融合于交点链表中,从而达到节省系统资源、提高切片效率的目的.最后通过对壳体实体切片实例的分析,验证了该算法的可行性和高效性.     

改进Q学习的薄壁结构3D打印路径规划

3D打印是一项先进的制造技术,通过优化其中路径规划方案可以提高效率或成型质量。由于用于3D打印路径规划的传统方法在打印复杂薄壁结构时效果不佳,该文结合强化学习的智能性,提出了一种适用于复杂薄壁结构的路径规划方法。基于3D打印中的路径规划是填充任务,将强化学习中的路径规划任务转换为全遍历问题。为提高打印效率和成型质量,以最小化打印总成本为优化目标,根据优化目标设计强化学习中的约束条件,即最小化打印头的启停和转弯次数。建立单层切片的仿真环境,采用带有上述约束条件的Q-learning算法,通过计算总成本的值来引导学习,寻找最优路径方案。实验结果表明,该方法在打印复杂薄壁结构上的表现优于用于3D打印路径规划的传统方法。     

曲面浮雕的高效表示及3D打印算法

针对3D浮雕网格点数、面数空间占用大,在打印过程中耗费内存等缺点,提出将凹凸贴图表示的浮雕模型直接进行切片完成打印,并提出基于凹凸贴图的浮雕网格的3D打印自适应细分切片算法.在切片过程中,先对输入的粗网格根据凹凸图深度信息进行自适应中点细分,并更新细分后三角网格顶点的几何位置;然后对生成的局部三角网格集合与切片进行求交运算,将所获得的交线段存储后释放此三角形集合的内存;最后将生成的交线段重组成闭合多边形,生成打印路径,交由打印机完成浮雕模型打印.实验结果证明,将凹凸贴图推广到3D打印中,与传统的打印过程进行对比,该方法的空间利用率得到显著性提高.     

面向耗材节省的三维打印路径规划算法研究

为降低三维打印（three-dimensional printing,3D）耗材费用并进一步提高打印效率,给出一种面向熔融沉积制造的三维打印路径规划算法。该方法综合考虑打印耗材、打印效率以及打印表面质量等因素,通过网格模型及其支撑的相邻层片轮廓关系求得可稀疏打印区域;基于多边形扫描线算法以及多边形单调链关系,得到能够连续打印的路径区域;最终通过区域路径稀疏化得到改进的打印路径。通过复杂网格模型的三维打印路径规划实例,验证了算法的有效性。该算法能够降低打印耗材数量,并进一步提高打印效率。     

一种彩色FDM型3D打印机的设计与实现

设计了一种可以打印彩色三维模型的3D打印机。传统FDM型桌面3D打印机只能打印单色,因此在开源FDM型3D打印机的基础上重新设计组合了打印机的机械结构和电气控制系统来实现打印材料的混合,借助Bresenham直线算法设计了彩色打印机的控制软件,并增加了Gcode指令。实验结果表明,这种设计可以保证打印不同颜色的3D模型,并且与原来相同类型的单色3D打印机相比,提高了打印速度。     

3D矢量模型切片方案评价方法

针对目前对切片方案的评价只能通过实际成品来事后检验,提出了一种3D矢量模型切片方案的预测评价方法。根据封闭轮廓环点集和工程图文件两种数据类型对3D模型进行重建,并计算扫描路径总长。通过2D逐点连线及3D逐层拉伸技术完全模拟实际的叠层制作过程,得到跟切片方案相对应的具有阶梯效应的可视化模型。实验表明,该方法可对切片数据进行快速3D重建及路长计算,其结果可用于切片方案的预测评价,有效降低了开发成本。     

基于医学图像序列面绘制的骨组织快速成型方法

针对人工骨组织快速成型中轮廓线轨迹生成复杂、分层效率低的问题,提出了一种简化三角片模型分层过程的方法。应用移动立方块（MC）算法对医学图像序列进行面绘制重建,根据重建过程的顺序对三角片集合分组,然后采用对边追踪的方法计算切平面与其对应三角片数组的交点轮廓线数据。简化后的分层效率相对于三角网格文件（STL）模型分层平均提高了4.65%。实验结果表明,所提方法可以直接从人体骨组织医学图像序列生成可供3D打印的轮廓线数据,从而实现骨组织的快速成型。     

三维实体精确分层算法及虚拟重构技术

为了避免三维模型分层过程中的计算误差,并对分层效果进行预测和评价,提出一种精确分层算法及三维实体虚拟重构技术.分层采用投影二维工程图的技术,利用CAD软件本身所具有的二维轮廓提取及剖面线设置功能,输出一系列剖面视图提供给成型设备.三维实体重构技术完全模拟“层叠”制造过程,将一系列二维轮廓信息重构成三维实体.针对三维运动控制代码及二维工程图文件两类控制方式分别给出了两种重构算法.利用二次开发技术在SolidWorks上实现了算法功能,应用实例验证了其可行性及有效性.此方法可在大多数三维CAD系统平台上实现.     

基于分层切片原理的三维雕刻算法

分析了多种基于STL模型的快速分层算法。在综合多种算法优点的基础上,首先提出了对三角面片的顶点按其切片方向进行从小到大排序,以快速滤除冗余顶点;并在此基础上建立三角面片的顶点链表及面向量,以实现STL模型的拓扑信息重构;最后基于所重构的拓扑信息,结合几何连续性分层算法实现高效的自适应分层算法。并通过C+〖KG-*3〗+实现了这一算法,证明了快速成型技术的分层制造思想可应用于三维雕刻的CAD/CAM,在技术上是可行的。     

集装箱智能化最优布局的算法建模与仿真实现

在货物的包装、存储及装载过程中,如何提高集装箱的利用率,是提高物流效率的重要环节。针对布局问题,建立积分式分片的数学模型,基于这一模型,提出了一种虚拟布局模式的积分式分片算法:引入虚体的概念,虚构以某种模式将集装箱布局完毕,再把已布局完毕的集装箱切割成若干薄片,然后根据薄片的分类信息建立规划模型,以虚体的总体积最小为目标,获得集装箱布局模式的最优解。运用VC++编程完成一仿真模拟系统,以应用实例证明了算法的正确性与可行性。     

Dynamic Slicing of Petri Nets Based on Structural Dependency Graph and its Application in System Analysis

Petri net models are frequently complex and difficult to understand and modify. Slicing technology is very useful in analyzing programs, and has been widely used in specification level for model reduction. So it is necessary to explore slicing methods for Petri nets. This paper proposes a dynamic slicing technique for Petri nets based on the structural dependency graph (SDG). Firstly, the SDG is constructed from the slicing criterion by a backtracking algorithm. Secondly, based on the SDG and a given marking, the dynamic slice can be acquired. As a case study, the proposed method is applied to a control system, and a simulation tool is developed for validating this method and automatically generating the slice. The algorithms can be useful in automatically identifying the parts of the model that affect a state of interest, and provide the basic technical support for alleviating the difficulty of formal verification and analysis.