3D激光打印切片軟件關鍵技術開發

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

3D打印常規功能主要包括以下幾個方面：

• 1、模型導入導出

• 2、模型渲染（環境、模型、工作臺、坐標系等）

• 3、模型剛性變換，平移、旋轉、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（分別對懸空點、邊、面檢查并支撐）

• 6、切片預覽功能（主要觀察切片截面情況、有時可輔助檢查支撐是否漏加）

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

本人為3D打印愛好者，以下所提技術是基于這篇論文《選區激光融化切片軟件的關鍵技術研究》的理解之上做的一些開發。

1、模型導入導出功能

常規的3D打印模型格式有stl、obj、ply、3mf等，每一種格式都有各自存儲自定義的數據格式、如頂點坐標、面片的頂點索引、面片的法矢量、還有顏色信息，也叫紋理坐標，復雜的還有線的數據信息等，常規的stl可以滿足絕大多數的用戶了。如stl格式，有二進制和ASCALL格式，分別對應不同的讀取方式，具體代碼或讀取方式請自行搜索。

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，很多三維渲染軟件都是基于他的，如unity3D，zbrush等優秀軟件，隨著三維技術的發展，越來越多的平臺逐漸支持opengl開發，以前三維引擎開發主要基于pc端，c++開發，自從glsl以后，大大降低了三維引擎的開發，web也集成了three.js、webGL等技術，不久后微信小程序也支持webGL技術，想在三維領域大展拳腳的童鞋們可要捉緊機會好好擼一把了。
以往的模型渲染通常是glbegin(xxx)開始，glend()結束繪制，簡單的模型渲染也可以運行的很好，但由于opengl是服務端與客戶端的關系，每次發送數據會導致渲染瓶頸，更多的時間浪費在數據傳輸之上，于是后來有了VBO（頂點數組）方式，一次性發送數據給服務端，多次渲染，大大提高渲染效率，從而降低大量渲染的卡頓問題，后面再者有了FBO的離線渲染方式，又一個提升性能的工具，使得opengl的生命力更加強大。
opengl還有一個更加強大的功能是GLSL著色器，可以自定義各種各樣的著色器，頂點著色器、細分著色器、幾何著色器、片元著色器，將各個渲染過程進行管線管理、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發效率、完成更加強大的渲染功能、如粒子群系統等，更多的細節請各自查閱相關知識，此處不多展開。
模型渲染涉及照相機、世界坐標系、相機坐標系、燈光、材質、紋理等各方面的基礎，要理解各種概念才能渲染出一個友好的界面，需要不斷的摸索研究，各種數據需要矩陣變換，矩陣計算時時刻刻知道當前是如何把控整個系統的。

3、模型剛性變換，平移、旋轉、縮放等

模型剛性變換涉及到矩陣運算相關知識，在opengl的世界里，主要涉及幾個矩陣是：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、縮放的累加，具體的計算過程請自行查閱相關知識點。
世界坐標系下的所有操作，都會經過模型視圖矩陣、透視矩陣、裁剪矩陣轉化到二維屏幕坐標，顯示在窗口之上，同理，窗口之上的所有操作可以通過逆過程映射到三維坐標系中的數據，以進行相關的交互，如模型上面片的選取，點擊等操作。

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，如光固化常規厚度為0.05，FDM的厚度為擠出機噴嘴的直徑，通過n層的堆積，最終打印出來整體的模型。
FMD的切片方式通常是將模型分層，現在比較流行的cura軟件，是基于curaengin引擎將模型slice分層，各層之間使用Clipper庫進行交集差集計算，得到最外部的輪廓，然后根據用戶交互判斷是否需要填充，計算皮膚厚度、計算最短走刀路徑等最終得到整個模型。
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，如黑色為非模型實體，白色為模型實體，每一層根據黑色白色進行打印，逐層添加最終生成整個模型。
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，把整個模型填充成實體。SLM是屬于工業級的，精度非常高。

5、支撐功能（分別對懸空點、邊、面檢查并支撐）

由于3D打印是逐層打印的，層于層之間是連續的，但是由于模型在某些地方懸空，導致不能層層連續，就需要為模型提供支撐，使得模型打印過程中層層連續，提高打印成功率。由于模型的復雜性，往往很多模型不能提供自支撐的特點，所以3D打印的一個關鍵的功能就是支撐，合適的使用支撐會大大提高模型打印的成功率。但同時，由于支撐也是屬于材料，所以添加支撐的同時也會浪費更多的材料，再者支撐與模型接觸的地方會影響模型表面的光滑度，所以設計者要好好考慮，盡可能多的設計自支撐的結構，盡可能少用支撐。支撐參數也影響打印的成功率，如支撐時接觸點太小導致支撐點力不足，導致支撐斷裂模型失敗，如設置過大的接觸點，則導致支撐去除困難，模型表面受損嚴重。
其中完成了論文的點型、線性、柱狀支撐、輪廓支撐和網格支撐算法。其他細節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。

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

6、切片預覽功能（主要觀察切片截面情況、有時可輔助檢查支撐是否漏加）

切片預覽功能主要是給二次檢查錯誤的輔助功能。當切片后，先通過預覽功能，檢查懸空點、突變點，再對該部分結構添加合理的支撐，可以增大模型打印的成功率，也間接降低材料的浪費。

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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