3D激光打印切片軟件關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)

• • 3D打印常規(guī)功能主要包括以下幾個(gè)方面：
  • 1、模型導(dǎo)入導(dǎo)出功能
  • 2、模型渲染
  • 3、模型剛性變換，平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等
  • 4、切片功能
  • 5、支撐功能（分別對(duì)懸空點(diǎn)、邊、面檢查并支撐）
  • 6、切片預(yù)覽功能（主要觀察切片截面情況、有時(shí)可輔助檢查支撐是否漏加）

3D打印常規(guī)功能主要包括以下幾個(gè)方面：

• 1、模型導(dǎo)入導(dǎo)出

• 2、模型渲染（環(huán)境、模型、工作臺(tái)、坐標(biāo)系等）

• 3、模型剛性變換，平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等

• 4、切片功能（其中FDM和光固化兩種切片方式不一樣）

• 5、支撐功能（分別對(duì)懸空點(diǎn)、邊、面檢查并支撐）

• 6、切片預(yù)覽功能（主要觀察切片截面情況、有時(shí)可輔助檢查支撐是否漏加）

  為滿足更多的3D打印愛(ài)好者的需求，很多切片軟件還個(gè)性添加一些輔助性功能，如光固化的打孔、抽殼、填充等，還有一些客戶有個(gè)性化需求，如添加文字、網(wǎng)格分割、網(wǎng)格修復(fù)功能等，再有一些專業(yè)性軟件可以提供更加專業(yè)的模型處理能力，如網(wǎng)格 變形、特征轉(zhuǎn)移等，由于篇章問(wèn)題不展開(kāi)討論。

本人為3D打印愛(ài)好者，以下所提技術(shù)是基于這篇論文《選區(qū)激光融化切片軟件的關(guān)鍵技術(shù)研究》的理解之上做的一些開(kāi)發(fā)。

1、模型導(dǎo)入導(dǎo)出功能

常規(guī)的3D打印模型格式有stl、obj、ply、3mf等，每一種格式都有各自存儲(chǔ)自定義的數(shù)據(jù)格式、如頂點(diǎn)坐標(biāo)、面片的頂點(diǎn)索引、面片的法矢量、還有顏色信息，也叫紋理坐標(biāo)，復(fù)雜的還有線的數(shù)據(jù)信息等，常規(guī)的stl可以滿足絕大多數(shù)的用戶了。如stl格式，有二進(jìn)制和ASCALL格式，分別對(duì)應(yīng)不同的讀取方式，具體代碼或讀取方式請(qǐng)自行搜索。

2、模型渲染

模型渲染必須用到的工具是opengl，三維渲染的基本庫(kù)，很多三維渲染軟件都是基于他的，如unity3D，zbrush等優(yōu)秀軟件，隨著三維技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的平臺(tái)逐漸支持opengl開(kāi)發(fā)，以前三維引擎開(kāi)發(fā)主要基于pc端，c++開(kāi)發(fā)，自從glsl以后，大大降低了三維引擎的開(kāi)發(fā)，web也集成了three.js、webGL等技術(shù)，不久后微信小程序也支持webGL技術(shù)，想在三維領(lǐng)域大展拳腳的童鞋們可要捉緊機(jī)會(huì)好好擼一把了。
以往的模型渲染通常是glbegin(xxx)開(kāi)始，glend()結(jié)束繪制，簡(jiǎn)單的模型渲染也可以運(yùn)行的很好，但由于opengl是服務(wù)端與客戶端的關(guān)系，每次發(fā)送數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致渲染瓶頸，更多的時(shí)間浪費(fèi)在數(shù)據(jù)傳輸之上，于是后來(lái)有了VBO（頂點(diǎn)數(shù)組）方式，一次性發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)端，多次渲染，大大提高渲染效率，從而降低大量渲染的卡頓問(wèn)題，后面再者有了FBO的離線渲染方式，又一個(gè)提升性能的工具，使得opengl的生命力更加強(qiáng)大。
opengl還有一個(gè)更加強(qiáng)大的功能是GLSL著色器，可以自定義各種各樣的著色器，頂點(diǎn)著色器、細(xì)分著色器、幾何著色器、片元著色器，將各個(gè)渲染過(guò)程進(jìn)行管線管理、組裝完成自己想要的效果，提供更加靈活的編程方式，大大提升了三維渲染引擎的開(kāi)發(fā)效率、完成更加強(qiáng)大的渲染功能、如粒子群系統(tǒng)等，更多的細(xì)節(jié)請(qǐng)各自查閱相關(guān)知識(shí)，此處不多展開(kāi)。
模型渲染涉及照相機(jī)、世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、燈光、材質(zhì)、紋理等各方面的基礎(chǔ)，要理解各種概念才能渲染出一個(gè)友好的界面，需要不斷的摸索研究，各種數(shù)據(jù)需要矩陣變換，矩陣計(jì)算時(shí)時(shí)刻刻知道當(dāng)前是如何把控整個(gè)系統(tǒng)的。

3、模型剛性變換，平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等

模型剛性變換涉及到矩陣運(yùn)算相關(guān)知識(shí)，在opengl的世界里，主要涉及幾個(gè)矩陣是：視圖矩陣，模型變換矩陣，透視矩陣，其中模型變換矩陣就需要用到平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的累加，具體的計(jì)算過(guò)程請(qǐng)自行查閱相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
世界坐標(biāo)系下的所有操作，都會(huì)經(jīng)過(guò)模型視圖矩陣、透視矩陣、裁剪矩陣轉(zhuǎn)化到二維屏幕坐標(biāo)，顯示在窗口之上，同理，窗口之上的所有操作可以通過(guò)逆過(guò)程映射到三維坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行相關(guān)的交互，如模型上面片的選取，點(diǎn)擊等操作。

4、切片功能

切片的概念，熟悉3D打印的童鞋就很清楚了。由于模型是三維的，3D打印技術(shù)是逐層打印的，切片就是將模型分層n層，每一層的都有固定的厚度，如光固化常規(guī)厚度為0.05，FDM的厚度為擠出機(jī)噴嘴的直徑，通過(guò)n層的堆積，最終打印出來(lái)整體的模型。
FMD的切片方式通常是將模型分層，現(xiàn)在比較流行的cura軟件，是基于curaengin引擎將模型slice分層，各層之間使用Clipper庫(kù)進(jìn)行交集差集計(jì)算，得到最外部的輪廓，然后根據(jù)用戶交互判斷是否需要填充，計(jì)算皮膚厚度、計(jì)算最短走刀路徑等最終得到整個(gè)模型。
光固化通常是使用投影方式，將模型分割成n張圖片，圖片只有黑白兩種顏色，如黑色為非模型實(shí)體，白色為模型實(shí)體，每一層根據(jù)黑色白色進(jìn)行打印，逐層添加最終生成整個(gè)模型。
SLM金屬粉末激光3D打印，切片后使用激光噴嘴，像FDM一樣走指定的軌跡，把整個(gè)模型填充成實(shí)體。SLM是屬于工業(yè)級(jí)的，精度非常高。

5、支撐功能（分別對(duì)懸空點(diǎn)、邊、面檢查并支撐）

由于3D打印是逐層打印的，層于層之間是連續(xù)的，但是由于模型在某些地方懸空，導(dǎo)致不能層層連續(xù)，就需要為模型提供支撐，使得模型打印過(guò)程中層層連續(xù)，提高打印成功率。由于模型的復(fù)雜性，往往很多模型不能提供自支撐的特點(diǎn)，所以3D打印的一個(gè)關(guān)鍵的功能就是支撐，合適的使用支撐會(huì)大大提高模型打印的成功率。但同時(shí)，由于支撐也是屬于材料，所以添加支撐的同時(shí)也會(huì)浪費(fèi)更多的材料，再者支撐與模型接觸的地方會(huì)影響模型表面的光滑度，所以設(shè)計(jì)者要好好考慮，盡可能多的設(shè)計(jì)自支撐的結(jié)構(gòu)，盡可能少用支撐。支撐參數(shù)也影響打印的成功率，如支撐時(shí)接觸點(diǎn)太小導(dǎo)致支撐點(diǎn)力不足，導(dǎo)致支撐斷裂模型失敗，如設(shè)置過(guò)大的接觸點(diǎn)，則導(dǎo)致支撐去除困難，模型表面受損嚴(yán)重。
其中完成了論文的點(diǎn)型、線性、柱狀支撐、輪廓支撐和網(wǎng)格支撐算法。其他細(xì)節(jié)還在完善中如蜂窩狀、鏤空交叉等，掃描填充的各種掃描路徑等。

其他支撐算法請(qǐng)查看：https://blog.csdn.net/LittleLittleFish_xyg/article/details/90474800

6、切片預(yù)覽功能（主要觀察切片截面情況、有時(shí)可輔助檢查支撐是否漏加）

切片預(yù)覽功能主要是給二次檢查錯(cuò)誤的輔助功能。當(dāng)切片后，先通過(guò)預(yù)覽功能，檢查懸空點(diǎn)、突變點(diǎn)，再對(duì)該部分結(jié)構(gòu)添加合理的支撐，可以增大模型打印的成功率，也間接降低材料的浪費(fèi)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SLM激光切片软件开发的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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