数据模型建立及3D打印中的STL模型修复和简化技术

三维立体数据模型是现代计算机辅助设计（CAD）辅助制造（CAM）的基础，无论3D打印、数控加工,还是产品三维展示都依赖于三维数据模型。数据模型的建立通常分为两种，一种称为“正向建模”，也就是传统建模方式，即从创意到设计图纸，再根据设计图正向建立数据模型。第二种即为逆向设计建模，逆向设计建模通常是应用于产品外观表面的设计。

而当前的三维模型无论是正向设计建模还是逆向工程重建，均需要结合3D打印的具体要求和约束进行相应的处理才能满足3D打印的需求。因此三维模型处理是3D打印技术核心之一，是高精度、高效率3D打印实现的数据基础和前提。

3D打印以三维模型数据为输入，通过对模型分层切片的方式指导3D打印机逐层累加材料,从而完成产品制造。

三维模型获取主要分正向建模和逆向重建两类。正向建模利用计算机辅助设计或3D建模软件设计生成所需的3D模型。逆向重建主要利用3D测量设备如激光扫描仪、结构光扫描仪等获取实物的三维模型。通常将上述的3D模型转化为3D打印的STL文件格式。STL是业界三维模型的标准离散表示形式,正向建模与逆向重建系统均提供了将三维模型转化为STL文件的接口。(www.xing528.com)

由于STL模型是对原始模型的离散表示，误差不可避免，特别是各正向建模软件系统间容错、转换方法的原因以及逆向重建过程等原因会造成STL模型拓扑、几何错误或者缺失。STL模型的错误将导致3D打印得不到精确且完整的基础数据，所以需要对STL模型中的错误进行修复。

精度与数据量的矛盾是3D打印技术需要根据应用需求而平衡的选项。STL模型细分是利用细分曲面技术在初始网格模型上直接反复迭代进行细分，从而提高目标模型的精度。STL模型简化是利用网格简化技术对冗余信息的去除，从而降低后续处理的数据量。

STL模型无法直接作为3D打印的输入数据，必须通过切片分层转化为打印机可以直接处理的数据形式。决定分层结果的因素有切片方向和分层厚度。分层厚度是相邻两个切片之间的Z向距离，切片方向是分层平面的法向，分层厚度与分层方向的不同组合决定了3D打印最终的效果。