增材制造工艺过程及STL文件格式分析

增材制造的工艺过程可分为前处理（三维模型的建立、三维模型的近似处理、三维模型的切片处理）、分层叠加成形（截面轮廓的制造与截面轮廓的叠合）和后处理三部分。

1.三维模型的建立 三维模型的建立是增材制造的第一步，也是关键的一步。它是将人脑中的想法通过各种设计软件在计算机上呈现出来的过程。因为成形系统只能接收计算机构造的三维立体模型，然后才能对模型进行切片处理。而三维建模就是以计算机能够理解的方式，对实体进行数据化的定义，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个虚拟的实体。目前三维建模主要有两种方法：一是工程师利用计算机辅助设计软件（如Por/Engineering、Solid Works、IDEAS、MDT、Auto CAD等），根据产品的要求设计三维模型，或将二维的三视图转变为三维模型，整个建模过程包括表面建模、实体建模、特征建模和线框建模等。在开始建模时，首先要定义整个模型在三维坐标系中的位置，使模型在X、Y、Z三个方向均不为负值，同时数值也不能太大，否则无法在Magic View等软件中查看到所设计的模型。另一种方法是对已有的实物进行数字化，这些实物可以是人体器官、工艺品或手工模型等。这些实物的特征信息可以通过三维数字化仪、计算机层析成像技术（CT）或磁共振成像（MRI）等手段进行收集，然后通过相应的软件将获得的特征信息转化为成形系统所能接收和识别的输入数据。

2.三维模型的近似处理 许多产品存在不规则的曲面，而曲面部位的模型建立及高精度加工的难度较大，因此在进行实际生产加工前，必须对模型曲面部位数据进行近似处理。在利用所建三维模型进行实体制造之前，通常先把三维模型转换成STL格式的文件。STL格式是目前增材制造系统中所使用的一种主流文件格式，它将三维模型近似成无数个小三角形平面的组合。计算机将记录三角形的每个顶点的X、Y、Z坐标以及每一个小三角形法向量的X、Y、Z的分量，通过STL文件中三角形的点数、线数和面数即可以判断模型的精度。在模型转换的过程中，要根据实际制作要求来选择不同的精度，一方面精度太低会无法达到设计要求，另一方面精度太高会导致不成熟的成形系统接收不了。

3.三维模型的切片处理 由于增材制造技术是按一层层截面轮廓来进行加工的，因此在加工前必须将三维模型沿成形的方向，每隔一定的距离进行切片处理。间隔距离的大小根据成形精度和生产要求来选择，距离越小，精度越高，成形时间越长。间隔的范围一般为0.05～0.5mm，通常在0.1mm附近浮动，间隔在0.1mm以下能够得到细腻光滑的成形曲面。切片间隔选定之后，成形时每层叠加的材料厚度应与其相适应。目前的增材制造成形系统都带有切片处理软件，能够自动提取被成形模型的截面形状信息。(www.xing528.com)

4.分层叠加成形 通过切片处理获得成形模型的截面轮廓之后，成形系统中的使能装置在计算机的控制下自动在X-Y平面内按截面轮廓运动，同时切割已经铺好的成形材料（或通过喷嘴直接将液态成形材料喷出），从而得到一层截面轮廓。在一层截面形状成形完成后，成形平台将自动下降一个层厚的距离，进行下一层截面的成形，逐层截面轮廓一点点叠加粘结在一起，最终形成三维实体样件。

5.后处理 在对实体样件进行后期处理之前，需要先用Magic View等软件将产品的图样打印出来，以大致了解工件的尺寸、形状，然后根据产品的复杂程度、尺寸大小，来判断是先处理内腔废料还是先处理外围废料，对于尺寸比较小的产品，一般先处理内腔比较合适。处理的过程中一般要遵循打磨—涂料、再打磨—再涂料的循环重复，直至尺寸精度和表面粗糙度符合设计需求的原则。另外要注意打磨的粗细、时间和使用涂料的性能。