一种利用模型排样算法的并行三维打印切片系统的制作方法

本发明设计一种三维打印并行切片系统，可以快速对大量三维模型文件进行切片。

背景技术：

随着信息技术的不断发展，硬件成本不断降低，并行计算的应用越来越广泛。该技术的出现，带动了许多与计算科学密切相关产业的发展。3d打印技术是在20世纪90年代中期出现的一种最新的快速成型技术，其重要意义可以与数控技术相比。该技术以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3d打印技术以数字模型文件为基础，利用切片软件生成打印机的控制路径，上述过程完全是数字化的过程。3d打印技术在生产过程中又不会因模型不同而选择不同的机器。因此只要打印材料和打印机确定后，不管生产任何模型都只涉及软件层面的改变，与传统的数控生产方式相比，3d打印技术的数字化程度有了明显的提高。传统的制造方式需要一系列的加工工艺，而3d打印技术只需要用到一台设备就可以完成加工。3d打印的数字化制造特点与并行计算有技术上的链接，利用并行计算技术，可以在很大程度上提高3d打印的效率。考虑到在3d打印机普及之后，会出现需要对大量模型文件进行切片的情况出现。按照传统的切片方法，模型切片只能在一台机器上进行，效率低而且无法充分利用计算资源。

而且对于大量模型文件的打印批次规划也是一个比较复杂的过程。在模型文件数量较少的情况下，人工排列还可以满足生产的需求。在面对大量模型文件的情况下，人工进行模型排列的效率比较低，而且排列结果未必是最优解。

基于上述考虑，利用三维打印技术、模型排列技术与并行计算技术相结合，充分提高三维打印模型切片效率，提出一种并行模型切片系统。

技术实现要素：

本发明将模型排列技术、三维打印模型切片技术与并行计算技术相结合，实现快速对大量模型进行排列、切片。

本发明采用的技术方案为一种利用模型排样算法的并行三维打印切片系统，该系统包含两个核心部分，一个是模型排列系统，一个是模型切片系统。

模型排列系统包含模型处理部分与矩形排样部分两个部分。模型处理部分与计算机连接，模型处理部分首先读取计算机中存储的三维打印所需模型，之后将三维打印所需模型投影至xoy平面，最后利用旋转法求取三维打印模型投影的最小包络矩形。得到三维打印模型投影的最小包络矩形后，矩形排样部分开始工作。矩形排样部分利用已有的矩形排样算法，对三维模型投影的最小包络矩形进行排列，三维模型的排列结果保证：1)每一批次的打印件都不超过打印机的打印幅面；2)打印件之间互不重叠；3)总打印批次最少。排列完成后，根据排列结果对原模型进行旋转，并将同一批次内的所有模型重建成一个新打印模型，直至每一批次都对应一个新打印模型。将所有新打印模型发送至模型切片系统。

模型切片系统分为一个主机与多个分机。主机负责接收排列完成的新打印模型，管理分机状态，接收分机切片完成后生成的gcode文件，根据收到新打印模型的数量对模型进行分组，分组数量与空闲分机数量保持一致。分机负责接收主机传输的模型文件，利用现有的切片软件对模型文件进行切片，并将切片生成的gcode传输给主机。

利用上述系统对现有的模型切片系统进行改进，实现对海量三维模型进行快速切片。

本发明的技术特点：

1、对打印件进行投影，并取得投影的最小包络矩形。

2、利用矩形排样算法对模型的投影进行排样，获得打印批次。

3、将同一打印批次的模型重新构建成新的切片用的三维模型。

4、主机对收到的切片用三维模型进行分组。

5、多台分机同时对模型进行切片。

6、分机切片完成后将gcode文件传输给主机。

附图说明

图1为模型排列部分示意图。

图2为并行切片部分示意图。

图中：1.需要切片的大量三维模型2.模型排列用计算机系统3.切片用模型4.并行切片系统主机5.模型组6.并行切片系统分机

具体实施方式

首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本系统的具体实施过程如下，首先本系统接收到需要切片的大量三维模型1，模型排列用计算机系统2读取所有需要切片的大量三维模型1，并分别投影每个模型到xoy平面，提取模型在xoy平面的最小包络矩形。之后模型排列系统利用已有的矩形排样算法对所有模型进行排列，排列结果满足：1)一个批次中所有打印件都可以放置在打印机的打印幅面内；2)打印件之间互不重叠；3)总打印批次最少。根据排列结果对需要切片的三维模型1进行组合、旋转操作，重构成切片用模型3，并将切片用模型3传输至并行切片系统主机4中。切片系统主机4根据接收到的模型数量对模型进行分组得到模型组5。每组包含多个重建后的模型3，分组数量与切片系统分机6数量相同。切片系统分机6在接收到模型组5后依次对模型组5中的每个模型进行切片，并依次得到每个模型的gcode代码。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种利用模型排样算法的并行三维打印切片系统，可以快速对大量三维模型文件进行切片。包括以下内容：系统接收海量三维模型，对每个模型进行投影并求取最小包络矩形，利用矩形排样算法对模型进行排列，根据排列结果将模型重构为切片用模型。分布式切片系统根据切片用模型的数量进行分组，并利用不同分机对模型进行切片。本发明的技术特点：对打印件进行投影，并取得投影的最小包络矩形。利用矩形排样算法对模型的投影进行排样，获得打印批次。将同一打印批次的模型重新构建成新的切片用的三维模型。主机对收到的切片用三维模型进行分组。多台分机同时对模型进行切片。分机切片完成后将gcode文件传输给主机。

技术研发人员：李仲麒;闫健卓
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2018.06.26
技术公布日：2018.11.30