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标题: 2、3D打印中的数据处理及软件 [打印本页]

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 11:10
标题: 2、3D打印中的数据处理及软件
STL文件简介：

STL文件格式是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。

目录
STL格式
STL格式优缺点
AMF文件简介
3D打印模型数据处理的基本流程

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 11:12
STL格式：

三角形顶点的排列顺序遵循右手法则。 STL 文件有2 种类型：文本文件(ASCII格式)和二进制文件(BINARY)。

STL的ASCII格式如下：

STL文件：
solid filenamestl //文件路径及文件名
facet normal x y z // 三角面片法向量的3个分量值
outer loop
vertex x y z ∥三角面片第一个顶点的坐标
vertex x y z // 三角面片第二个顶点的坐标
vertex x y z ∥三角面片第三个顶点的坐标
endloop
endfacet // 第一个三角面片定义完毕
……
……
endsolid filenamestl ∥整个文件结束

STL的二进制文件格式如下：

二进制STL文件用固定的字节数来给出三角面片的几何信息。文件的起始80字节是文件头存储零件名，可以放入任何文字信息；紧随着用4个字节的整数来描述实体的三角面片个数，后面的内容就是逐个给出每个三角面片的几何信息。每个三角面片占用固定的50字节，它们依次是3个4字节浮点数，用来描述三角面片的法矢量；3个4字节浮点数，用来描述第1个顶点的坐标；3个4字节浮点数，用来描述第2个顶点的坐标；3个4字节浮点数，用来描述第3个顶点的坐标，每个三角面片的最后2个字节用来描述三角面片的属性信息(包括颜色属性等)暂时没有用。一个二进制STL文件的大小为三角形面片数乘以50再加上84个字节。

STL模型是以三角形集合来表示物体外轮廓形状的几何模型。在实际应用中对STL模型数据是有要求的，尤其是在STL模型广泛应用的RP领域，对STL模型数据均需要经过检验才能使用。这种检验主要包括两方面的内容：STL模型数据的有效性和STL模型封闭性检查。有效性检查包括检查模型是否存在裂隙、孤立边等几何缺陷；封闭性检查则要求所有STL三角形围成一个内外封闭的几何体。本文中讨论的STL模型重建技术中的STL模型，均假定已经进行有效性和封闭性测试，是正确有效的STL模型。

由于STL模型仅仅记录了物体表面的几何位置信息，没有任何表达几何体之间关系的拓扑信息，所以在重建实体模型中凭借位置信息重建拓扑信息是十分关键的步骤。另一方面，实际应用中的产品零件(结构件)绝大多数是由规则几何形体(如多面体、圆柱、过渡圆弧)经过拓扑运算得到，因此对于结构件模型的重构来讲拓扑关系重建显得尤为重要。实际上，目前CAD/CAM系统中常用的B-rep模型即是基于这种边界表示的基本几何体素布尔运算表达的。
因此STL模型重建的过程如下：首先重建STL模型的三角形拓扑关系；其次从整体模型中分解出基本几何体素；重建规则几何体素；然后建立这些几何体素之间的拓扑关系；最后重建整个模型。

目前常用的逆向软件有：ProE、UGNX、CATIA、Imageware、GeomagicStudio、CopyCAD、RapidForm等。

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 11:14
STL格式优缺点：

STL优点：

代码易读性强；STL集成了优秀的算法，熟悉使用可以提高开发效率；
精通STL后，可以自己用模板去设计实现自己的算法和数据结构。

STL缺点：

STL和其他的类库的接口不太方便。例如在VCL和MFC中，都有自己的string类型，CString和AnsiString，其余接口如果使用字符串，肯定是使用自己的原生类型，然而为了设计可移植的程序，有可能将平台独立的部分用STL实现，这样导致了在两部分合作时存在大量的转型动作，而且必须付出额外的转型动作，例如std::string和CString/AnsiString没有直接的转型方法，因此必须通过char *作为转型的媒介。

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 11:17
AMF文件简介：

AMF/AMF格式是什么？

随着3D打印技术的发展，AMF作为革新式的图纸和3D模型的出现，得到了越来越多的3D打印行业企业的认可和支持。那么什么是AMF，AMF格式图纸和模型文件用什么软件打开?iOSCAD 小编为您详细解释下。

AMF的全称是Additive Manufacturing File。Additive Manufacturing的中文翻译是增材制造，也被我们广泛的称为3D打印。增材制造技术作为一项已经有数十年历史的技术，在2013年被媒体和市场推动后，成为了最热门的制造技术之一。增材制造技术被媒体又称为3D打印，使得普通人也可以更好的理解这门专业技术。AMF（Additive Manufacturing File）是将3D模型转换为数字文件用于3D打印及增材制造的新文件标准。

众所周知，在AMF出现之前，STL已经被广泛的使用在3D打印/增材制造中，已经成为事实的3D打印/增材制造技术标准。但是STL文件格式缺失颜色、纹理、材质、点阵等属性，对3D打印的发展造成了很大的制约。为此，2009年1月份，ASTM委员会成立了专门的小组来研究新型的3D打印/增材制造文件标准，经过1年的调查研究，最终确立了基于XML技术的AMF作为最新的3D打印/增材制造文件标准。AMF得到了ASTM委员会和业内诸多企业的认可，AMF的标准编号为：ASTM F2915-12。

AMF作为新的基于XML的文件标准，弥补了CAD数据和现代的增材制造技术之间的差距。这种文件格式包含用于制作3D打印部件的所有相关信息，包括打印成品的材料、颜色和内部结构等。标准的AMF文件包含object、materia、texture、constellation、metadata等五个顶级元素，一个完整的AMF文档至少要包含一个顶级元素。

object：object定义了模型的体积或者3D打印/增材制造所用到的材料体积。
material：material定义了一种或多种3D打印/增材制造所用到的材料。
texture：texture定义了模型所使用到的颜色或者贴图纹理。
constellation：constellation定义了模型的结构和结构关系。
metadata：metadata定义了模型3D打印/增材制造的其他信息。

AMF文档还包含Geometry specification、Color specification、Texture maps、Material specification、Mixed, graded, lattice, and random materials、Print constellations、Meta-data、Optional curved triangles、Formulas、Compression等信息。

AMF文档标准作为专门针对3D打印/增材制造开发的开放性文档标准，已经得到业内诸多企业和专家的支持，目前AMF文档标准最新的版本是V1.1。
用于3D打印机、记录3D模型信息的新数据格式正在制定之中，这是日本庆应义塾大学环境信息学部副教授田中浩在2014年5月12日于东京都内举行的“3D打印论坛——改变世界的‘制造革新’实态”上透露的，田中教授演讲的题目是“发挥3D打印实力的新数据格式的标准化情况”。

新数据格式“AMF（Additive Manufacturing File Format）”是以目前3d打印机使用的“STL”格式为基础、弥补了其弱点的数据格式，3年前提出，目前国际标准化与标准制定机构ASTM国际标准组织（ASTM International）已拟定了最初草案。新格式能够记录颜色信息、材料信息及物体内部结构等。田中浩是唯一一名参与标准制定的日本人。

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 11:18
3D打印模型数据处理的基本流程：

3D模型的获取有两种方式，一种是借助3D扫描仪，另外一种就是利用CAD等建模软件进行3D模型设计。下面，我为大家分享下在3D打印建模过程中需要注意的问题：

1、物体模型必须为封闭的也可以通俗的说是“不漏水的”(Watertight)。
有时要检查出你的模型是否存在这样的问题有些困难。如果你不能够发现此问题，可以借助一些软件，比如3ds Max的STL检测(STL Check)功能，Meshmixer的自动检测边界功能。一些模型修复软件当然是能做的，比如Magics，Netfabb等。

2、物体需要厚度CG行业的模型通常都是以面片的形式存在的，但是现实中的模型不存零厚度，我们一定要给模型增加厚度。

3、物体模型必须为流形(manifold) 。
简单来看，如果一个网格数据中存在多个面共享一条边，那么它就是非流形的(non-manifold)。

4、正确的法线方向。
模型中所有的面法线需要指向一个正确的方向。如果你的模型中包含了错误的法线方向，我们的打印机就不能够判断出是模型的内部还是外部。

5、物体模型的最大尺寸物体模型最大尺寸是根据3D打印机可打印的最大尺寸而定。
当模型超过3D打印机的最大尺寸，模型就不能完整地被打印出来。在Cura软件中，当模型的尺寸超过了设置机器的尺寸时，模型就显示灰色。物体模型最大尺寸根据您使用的机器而定。

6、物体模型的最小厚度打印机的喷嘴直径是一定的，打印模型的壁厚考虑到打印机能打印的最小壁厚。不然，会出现失败或者错误的模型。一般最小厚度为2mm，根据不同的3D打印机而发生变化。

7、45度法则。任何超过45度的突出物都需要额外的支撑材料或是高明的建模技巧来完成模型打印，而3D打印的支撑结构比较难做。添加支撑又耗费材料，又难处理，而且处理之后会破坏模型的美观。

8、设计打印底座用于3D打印的模型最好底面是平坦的，这样既能增加模型的稳定性，又不需要增加支撑。可以直接用平面截取底座获得平坦的底面，或者添加个性化的底座。

9、预留容差度对于需要组合的模型，我们需要特别注意预留容差度。要找到正确的度可能会有些困难，一般解决办法是在需要紧密接合的地方预留0.8mm的宽度;给较宽松的地方预留1.5mm的宽度。但是这并不是绝对的，还得深入了解你的打印机性能。

下面介绍几个可以检查模型是否有错误的软件。NetFabb：该免费软件可以编辑STL文件，它可以用来打开STL并显示模型中存在的一些错误信息。

其中包含的针对STL的基本功能：分析，缩放，测量，修复。Magics：可以按照你想象的效果来精确修复和操作STL文件。

在众多本地应用程序中，有效修复STL或模型问题，使用Magics是相当有效率的。许多需要在本地应用程序处理的任务可以在Magics上更快的实现。这个程序主要为使用光固化机(SLA)的工程师设计，他们已经开始整合一些很有意思的建议，来帮助修复建筑文件中出现的问题，如“收缩表皮”问题。Magics可以修复漏孔和坏边，联合两个布尔型的固体，倒置三角形的法线，创建壳结构或有其他特点的固体。

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