3D打印技术的STL模型快速分层算法

摘要：3D打印技术的STL模型快速分层算法。

三维模型的分层是 3D 打印领域的关键技术之一，其效率直接影响数据处理速度。 提出一种 STL 模型快速分层 算法:首先确定 STL 模型中与各分层平面相交的三角形，并据此建立分层面与边的结构数组;然后对边数组中的三角形 信息进行识别与剔除，并根据相邻层间三角形邻接关系的继承性进行拓扑重建，获得有序边数组;最后通过有序交点系 列生成二维封闭轮廓。 仿真实验证明了该分层算法的可靠性。


    3D打印技术是以数字模型文件为基础，可将设计理念 快速、准确地转换为具有一定功能原型的技术。 大多 数 3D 打印系统都是先建立 CAD 模型，再设定精度将 CAD 模型转换为 STL 模型，然后对 STL 模型进行切片 处理。 切片处理是 3D 打印中的重要步骤，切片处理后 生成的一系列二维封闭多边形轮廓是 3D 打印的基 础。 STL 文件存在多种缺陷，如:在记录三角形顶点坐 标信息时存在冗余; 在将 CAD 模型转换为 STL 模型 时，存在精度损失，且精度损失越小，STL 文件越大;存 在信息缺乏、三角形间无任何拓扑关系等。这些造成了 STL 模型切片算法效率较低， 但因为 STL 文件生成简 单、输出广泛适用、易于切片处理等优点，所以对 STL 模型切片算法研究仍然是研究的主流。

    目前， 研究人员已提出了多种3D打印技术 STL 模型切片算法。 如:王素等[5]采用邻接插入法建立三角形间的邻接 关系， 根据三角形顶点坐标反求与该三角形相交的切 片平面， 利用已经建立的三角形间邻接关系获取有序 的交点，完成对 STL 模型的切片;田明海[6]建立层变边 数组与初始层数的邻接边顺序链表， 利用层变边数组 与初始层数的邻接边链表进行断链与合链操作， 求取 下一层的邻接边顺序链表， 进而建立整体的邻接边顺 序链表，完成对 STL 模型的切片;黄丽[7]首先建立与当 前切平面相交的三角形集合， 然后根据交点间的冗余特性构建三角形间的拓扑关系， 完成对 STL 模型的切 片;钟山等[8]首先设定角度阈值并求取垂直切片轮廓 线的点切线与水平分层面的切线角， 然后比较角度阈 值与切线角的大小决定分层的厚度， 最后利用三角形 的邻接关系完成对 STL 模型的切片;Zhang 等[9]建立与 切平面相交的三角形集合， 将每个三角形与切片平面 相交的两条边设定为前边与后边， 利用前边与后边的 关系重建拓扑关系，获得邻接边顺序链表，完成对 STL 模型的切片。
    考虑到 STL 模型存在冗余信息， 我们在吸收上述 算法优点的基础上， 提出了一种3D打印技术 STL 模型快速切片算 法。 在读取 STL 文件时，确定 STL 模型中与每层切片 平面相交的三角形， 将三角形索引值和三条边存入切 片面结构数组，将三角形与切片平面相交的两条边、与 边所属的三角形面片的索引值存入每层切片平面的切 片边结构数组。 根据每层切片边数组中的三角形信息， 利用逐边识别与剔除的思想和相邻切片层间的三角形 拓扑关系具有继承性的特点重建拓扑关系， 将建立完 成的拓扑关系和求出的交点坐标依次存入有序边点数 组中。 从有序边点数组中获取有序交点并依次连接得 到二维封闭轮廓。