用于3D打印机的模型文件切片方法、装置、介质及设备与流程

用于3d打印机的模型文件切片方法、装置、介质及设备
技术领域
1.本技术涉及3d打印技术领域，尤其是涉及到一种用于3d打印机的模型文件切片方法、装置、介质及设备。


背景技术：

2.3d打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。3d打印的原理是，首先生成物体的3d模型文件，然后将模型文件进行切片,逐层打印直至物体成型。因此，如何对模型文件进行切片，是影响3d打印效果的一个关键性技术，但现有的专利申请cn114407364a，三维模型的切片方法，公开了一种模型切片方法包括，获取三维模型的层切片图像；对所述层切片图像进行分区域，得到多个子区域图像；对所述多个子区域图像构成的层切片图像进行关联存储操作，以得到供打印装置打印所述三维模型的目标层切片，用于解决由于光固化3d打印机的打印效果受制于计算机设备显卡分辨率，因此现有技术中即使是大分辨率的3d打印机，也存在无法打印高分辨率图像的问题，但该专利申请仍存在一个问题，即对于整个模型文件的切片策略相同，导致打印效率低的问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种用于3d打印机的模型文件切片方法、装置、介质及设备，用于解决因为对于整个模型文件切片策略相同，导致打印效率低的问题，从而提高3d打印效率。
4.依据本技术的一个方面，提供了一种用于3d打印机的模型文件切片方法，包括：基于第一切片厚度，对所述模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层；对所述m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；基于第二切片厚度，对所述n个第一打印层进行细化切片；其中，所述第二切片厚度小于所述第一切片厚度；所述m大于等于所述n，且所述m和所述n为大于1的正整数。
5.依据本技术的一个方面，提供了一种用于3d打印机的模型文件切片装置，包括：初步切片模块，用于基于第一切片厚度，对所述模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层；角度判断模块，用于对所述m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；细化切片模块，用于基于第二切片厚度，对所述n个第一打印层进行细化切片；其中，所述第二切片厚度小于所述第一切片厚度；所述m大于等于所述n，且所述m和所述n为大于1的正整数。
6.依据本技术的一个方面，提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述用于3d打印机的模型文件切片方法。
7.依据本技术的一个方面，提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上
述用于3d打印机的模型文件切片方法。
8.借由上述技术方案，本技术提供的一种用于3d打印机的模型文件切片方法，首先以较大的第一切片厚度进行初步切片，得到m个第一打印层，然后基于角度倾斜判断，从m个第一打印层中确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；最后对n个第一打印层，以较小的第二切片厚度进行细化切片。该方法消除了3d打印中存在的构件阶梯问题和丢失精准细节的问题，同时解决了打印精度和打印速度的矛盾，在打印快的同时还可保证打印清晰。可见，本方案针对模型文件采取不同的打印策略：在模型细节不多、较平整的地方使用层厚较大的设定，由此保证打印速度；在模型细节较多的地方使用层厚较小的设定，由此保证打印精度。总之，本方案兼顾了打印速度和打印精度，提高了3d打印效果和效率。
9.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
10.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
11.图1示出了本技术实施例提供的一种用于3d打印机的模型文件切片方法流程图；
12.图2示出了切片示意图；
13.图3示出了模型文件细节丢失示意图；
14.图4示出了模型文件细节丢失切片示意图；
15.图5示出了像素变化率示意图；
16.图6示出了本技术实施例提供的一种用于3d打印机的模型文件切片装置结构示意图。
具体实施方式
17.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在3d打印技术中，根据具体的技术路线，光固化3d打印具有打印清晰、打印速度快、后处理方便等优点。而光固化3d打印下又有相应的技术分类：sla、dlp、lcd等。其中lcd打印不仅具有光固化打印的优点，而且成本低，并且供应链稳定，已然成为光固化3d打印的中流砥柱。本技术实施例以lcd光固化打印为例进行示例性说明，但可以理解，本技术实施例并不局限于lcd光固化打印。
19.lcd光固化3d打印，首先用3d切片软件将模型横向切割成层状，然后在光源的照射下将树脂的第一层模型形状光固化成型，第一层成型后，便会继续固化树脂下一层模型的
形状，不停重复，一层一层的将模型打印直至完成，即逐层打印。然而，原始的stl模型文件是一个整体的3d文件，打印机无法直接识别逐层打印。这时候就需要将stl模型文件进行切片(切片处理),切片的设置与按切片打印是3d打印成型中最影响打印效果的环节,所以切片是3d打印成型中必不可少的环节，也是优化打印效果最有效的部分之一。
20.3d打印切片主要是将原始的stl模型文件通过固定的厚度，一层层的生成整个切片文件，生成一层再去生成下一层切片文件，从而形成一个整体的切片图片集合。而目前传统的切片算法都是根据固定的层厚去设定每一层打印的层厚。这种切片算法有实现简单、切片时长容易估算的特点，但是却有一个不可避免的致命伤，即无法在打印精度和打印时长中兼得并且达到最优解。要想打印的精细，就需要把层厚设置的尽可能的小，但是这样就会极大的拉长打印时间。反之，想要打印的快，就得把层厚设置的较大，结果是打印时长的确获得了缩短，但是打印精度却大大降低。
21.本技术实施例，为了同时兼顾打印精度高及打印时长短，基于自适应3d打印快速高精度算法，即在模型细节较多的地方使用层厚较小的设定，这样打印精细；同时在模型细节不多，较平整的地方使用层厚较大的设定，这样打印快速。这样便能实现该打印快的时候打的快，该打的精细的时候打的精细，给出最好的打印体验。
22.参见图1，示出了本技术实施例提供的一种用于3d打印机的模型文件切片方法流程图。该方法包括以下方框s101-s103。
23.s101：以第一切片厚度，对模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层。
24.本技术实施例中，在s101中首先以较大的第一切片厚度进行初步切片，然后在s103中以较小的第二切片厚度进行细化切片。
25.切片厚度一般在切片软件中进行设置，例如预先设置好切片厚度，或者，根据打印需求和打印材料进行动态化设置和调整。此外，切片厚度还可以在打印机内部进行设置，例如打印机机器的最大最小切片厚度(切片精度)受机器滑轨精度、不同种类光敏树脂透光率等参数影响，例如一般为0.05mm到0.2mm之间。
26.如前分析的，为了“打印时长短”，本技术实施例中，首先采取较大的第一切片厚度对模型文件进行初步切片，例如，采用最大的切片厚度(例如0.2)对模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层。
27.s102：对m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层。
28.在具体描述s102方框之前，首先分析角度倾斜判断的原理。
29.根据lcd3d打印的特点，切片算法会先生成一面横切面，将这个横切面与整个模型根据设定的层厚进行相交，与模型有相交的部分予以记录，生成轮廓曲线。这些轮廓曲线便是后续填充切片的重要组成。机器打印光能通过白色，但是无法通过黑色，于是会生成一张张全黑的图片当作切片背景。将之前生成的轮廓曲线描绘至黑色图片上，并且在轮廓线内填充成白色，至此生成了一张张黑色背景，中间有白色填充的图片，供机器光透过白色轮廓。如图2所示，为切片示意图。需要说明的是，采用最小切片厚度和最大切片厚度，生成的图片数量通常是数倍乃至数十倍的差异。
30.本技术实施例中，如s101描述的，一开始便会按照较大切片厚度进行切片，比如按照0.2厚度去切片，得到一系列较大厚度切片的集合，这是最快打印的切片集合。这样打的
快，但是打的不精细，在切片的末端会丢失很多细节，如图2-3所示。
31.因此，为了解决上述末端丢失细节的问题，本技术实施例中，首先需要计算得到模型的断层点。所谓的断层点，可以理解是，当前层与下一层之间比较出现像素缺失，则认为下一层具有断层点。例如，第n层具有打印像素，而第n 1层缺失或不具有打印像素，则认为第n 1层具有断层点。可以理解，并不是所有切片层都具有断层点，只有那些模型的最末端的几层切片才可能具有断层点，而断层点对打印精度有着举足轻重的影响，几乎所有的构件阶梯问题、断层问题、不清晰问题、模糊问题都会在这个地方出现，并且会遗失细小特征。
32.本技术实施例中，基于角度倾斜判断方式，确定需要精细化处理的断层点，只有符合相应角度倾斜的切片才需要继续切片，即足够复杂的细节才需要继续细化切片，从而后续对局部进行再次切片，即用更小更薄的打印精度去刻画更细小的模型特征，从而提高打印质量。
33.第一种方式中，首先确定具有断层点的打印层，然后再对具有断层点的打印层进行角度倾斜判断，从而最终确定出具有待进一步精细描述的断层点的第一打印层。即，从m个第一打印层中确定出n个第一打印层。这种情况下，上述s102具体包括：分析m个第一打印层是否具有打印像素，将m个第一打印层中前一层具有打印像素而后一层不具有打印像素的后一层打印层确定为具有断层点的第一打印层；针对具有断层点的第一打印层，进行角度倾斜判断，确定出n个第一打印层。
34.第二种方式中，也可以对m个第一打印层直接进行角度倾斜判断，从而确定出具有待进一步精细描述的断层点的n个第一打印层，这种方式较第一种方式缺少了筛选出“具有断层点的第一打印层”的步骤，需要对较多的第一打印层进行角度倾斜判断。
35.其中角度倾斜判断，可以理解为是对打印层的像素变化率进行角度判断。其具体含义为：针对任一第n层打印层，确定该第n层打印层与第n 1层打印层之间的第一像素变化率；将第一像素变化率与预先得到的第二像素变化率(根据预设角度，计算获得的当前层和下一层之间的第二像素变化率)进行比较，若第一像素变化率大于或等于第二像素变化率，则确定第n 1层打印层具有待进一步精细切片的断层点，需要对第n 1层打印层进行细化切片，否则，则确定无需进一步细化切片。
36.例如，第n层及第n 1层之间的第一像素变化率r(n)表示为：
37.r(n)＝|p(n 1)-p(n)|/p(n)，
38.其中，p(n)为第n层第一打印层的打印像素，p(n 1)为第n 1层第一打印层的打印像素；
39.若r(n)》＝r(n)，则需要对第n 1层第一打印层细化切片，若r(n)《r(n)，则无需细化切片，其中，r(n)为第二像素变化率，且r(n)的计算公式与r(n)的计算公式相类似，即在预设角度下，比如45度，r(n)＝|k(n 1)-k(n)|/k(n),其中，k(n)为预设角度下，第n层打印层的打印像素，k(n 1)为第n 1层打印层的打印像素。
40.其中，可以根据不同的树脂、根据不同的模型去锚定不同的预设角度，从而进一步加强打印精度和加快打印速度，做到更加精细、更快、更节省材料。在一种实施例中，预设角度设置为45
°
。
41.s103：基于第二切片厚度，对n个第一打印层进行细化切片；其中，第二切片厚度小于第一切片厚度，m大于或等于n，且m和n为大于1的正整数。
42.上述n个第一打印层，即前述通过倾斜角度判断确定的具有待进一步精细切片的断层点的第一打印层。对于这n个第一打印层，进一步以低于第一切片厚度的第二切片厚度进行细化切片。本发明的一种实施例中，在细化切片之后，还可包括：
43.(1)对n个第一打印层中的至少一个第一打印层进行细化切片，得到多个第二打印层，对第二打印层进行角度倾斜判断；
44.(2)若第二打印层仍具有待进一步精细切片的断层点，则对第二打印层进一步进行细化切片，直至满足角度倾斜判断的要求，则停止切片。
45.在进行细化切片时，可以统一对这n个(或n个中的一部分)第一打印层进行相同精度的细化切片，也可以进行不同精度的细化切片。例如，假设原初步切片采取的是0.2mm厚度，那么，在细化切片时，可以针对这n个第一打印层，统一采取0.1mm进行细化切片，那么对于n个第一打印层进行细化切片则得到2n数量的第二打印层；也可以，针对这n个第一打印层，一个(些)采用0.1mm进行细化切片，另一个(些)采用0.05mm进行细化切片，那么对于n个第一打印层，若其中a个采用0.1mm进行细化切片、b个采用0.05mm进行细化切片，则得到2a 4b个第二打印层，其中，a b＝n。
46.其中，“满足角度倾斜判断的要求”，是指当前第二打印层不具有待进一步精细切片的断层点。
47.与前述类似，针对第i层及第i 1层第二打印层，假设第i层和第i 1层之间的第一像素变化率r(i)表示为：
48.r(i)＝|p(i 1)-p(i)|/p(i)，
49.其中，p(i)为第i层第二打印层的打印像素，p(i 1)为第i 1层第二打印层的打印像素；
50.若r(i)》＝r(i)，则需要对第i 1层第二打印层细化切片，认为不满足角度倾斜判断的要求，若r(i)《r(i)，则无需细化切片，认为满足角度倾斜判断的要求，其中r(i)为预设的第二像素变化率。
51.可见，本技术实施例提供的用于3d打印机的模型文件切片方法，首先以较大的第一切片厚度进行初步切片，得到m个第一打印层，然后基于角度倾斜判断，从m个第一打印层中确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；最后对n个第一打印层中的至少一个第一打印层，以较小的第二切片厚度进行细化切片。本方案针对模型文件采取不同的打印策略：在模型细节不多、较平整的地方使用层厚较大的设定，由此保证打印速度；在模型细节较多的地方使用层厚较小的设定，由此保证打印精细。总之，本方案兼顾了切片速度和切片精度，提高了3d打印效果和效率。
52.下面以一个具体例子进行说明。
53.步骤a：对于第n层，有打印像素的层且没有结束的层，而第n 1层没有了打印像素，那么第n 1层具有断层点。
54.步骤b：当确定所有断层点后，设定一个预设角度作为本方案的锚定角度，比如预设角度设置为45
°
，超过45
°
的倾斜即代表角度变化大，细节较多，需要进行进一步切片。这个倾斜角度后续可以持续优化，并且根据不同打印材料和/或不同模型文件予以不同的角度。
55.步骤c：使用上面的锚定角度45
°
，根据设置的层厚，生成两张打印像素图k(n)与k
(n 1)，把这两个层的打印像素做差，并且取绝对值，最后再除以k(n)便是以45
°
锚定的像素变化率，即上述实施例中的第二像素变化率r(n)，如图5。
56.步骤d：假设第n层的打印像素为p(n)，第n 1层具有断层点，该第n 1层打印像素为p(n 1)，将这两层打印像素如步骤c一样便能再次生成这两层的像素变化率，这时便得到了这一个断层即第n层的第一像素变化率r(n)。
57.步骤e：将这第一像素变化率与第二像素变化率进行比较，如果第n层的第一像素变化率高于第二像素变化率，则对n 1层进行再次细化切片；如果第n层的第一像素变化率低于第二像素变化率，那么无需再次切片。
58.计算公式如下：
59.r(n)＝|p(n 1)-p(n)|/p(n)
60.r(n)》＝r(n)，则需要切片；
61.r(n)《r(n)，则不需要切片。
62.可见，为了提高lcd光固化3d打印的打印速度、打印精度、打印成功率，本方案分析了三维模型设定固定层厚不变切片造成的一系列问题，设计了一种基于先是最大层厚，然后基于打印像素变化率超过阈值的切片厚度自适应切片方法，该方法消除了3d打印中存在的构件阶梯问题和丢失精准细节的问题，同时解决了打印精度和打印速度的矛盾，在打印快的同时还可保证打印精度。
63.与上述用于3d打印机的模型文件切片方法相对应，本技术实施例还提供一种用于3d打印机的模型文件切片装置。参见图6，示出了本技术实施例提供的一种用于3d打印机的切片装置结构示意图。
64.该装置包括：
65.初步切片模块601，用于以第一切片厚度，对模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层；
66.角度判断模块602，用于对所述m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；
67.细化切片模块603，用于对n个第一打印层，以第二切片厚度进行细化切片；
68.其中，所述第二切片厚度小于第一切片厚度，m大于或等于n，且m和n是大于1的正整数。
69.在本发明的一种实施例中，所述细化切片模块603还用于：
70.对n个第一打印层的至少一个第一打印层进行细化切片，得到多个第二打印层，对所述第二打印层进行角度倾斜判断；若所述第二打印层仍具有待进一步精细切片的断层点，则对所述第二打印层进一步进行细化切片，直至满足角度倾斜判断的要求，则停止切片。
71.在本发明的一种实施例中，角度判断模块602具体用于：
72.分析所述m个第一打印层是否具有打印像素，将所述m个第一打印层中的前一层具有打印像素而后一层不具有打印像素的所述后一层打印层确定为具有断层点的第一打印层；
73.针对具有断层点的第一打印层，进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层。
74.在本发明的一种实施例中，角度判断模块602进行角度判断的过程为：
75.针对所述m个第一打印层中的第n层打印层，确定第n层打印层及第n 1层之间的第一像素变化率；
76.将所述第一像素变化率与预先设置的预设角度第二像素变化率进行比较，若所述第一像素变化率大于或等于所述预设角度第二像素变化率，则确定第n 1层第一打印层具有待进一步精细切片的断层点，需要对第n 1层第一打印层进行细化切片，其中n为大于或等于1的正整数。
77.在本发明的一种实施例中，角度判断模块602中：
78.所述第n层及第n 1层之间的第一像素变化率r(n)表示为：
79.r(n)＝|p(n 1)-p(n)|/p(n)，
80.其中，p(n)为第n层第一打印层的打印像素，p(n 1)为第n 1层第一打印层的打印像素；
81.或，
82.r(n)＝|p(n 1)-p(n)|/p(n)，
83.其中，p(n)为第n层第一打印层的打印像素，p(n 1)为第n 1层第一打印层的打印像素；
84.若r(n)》＝r(n)，则需要对第n 1层第一打印层细化切片，若r(n)《r(n)，则无需细化切片，其中r(n)为预设角度第二像素变化率。
85.在本发明的一种实施例中，角度判断模块602还用于：
86.针对不同打印材料和/或不同模型文件，设置不同大小的所述预设角度第二像素变化率。
87.在本发明的一种实施例中，所述第二像素变化率为在预设角度下，第n层及第n 1层之间的像素变化率，或者，所述第二像素变化率为在预设角度下，第n层及第n 1层之间的像素变化率，所述预设角度为45度。
88.本技术的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
89.可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
90.基于第一切片厚度，对所述模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层；
91.对所述m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；
92.基于第二切片厚度，对所述n个第一打印层进行细化切片；
93.其中，所述第二切片厚度小于所述第一切片厚度；所述m大于等于所述n，且所述m和所述n为大于1的正整数。
94.可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-only memory，简称为rom)、随机存取存储器(random access memory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
95.本技术的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步
骤。
96.可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
97.可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
98.基于第一切片厚度，对所述模型文件进行初步切片，得到m个第一打印层；
99.对所述m个第一打印层进行角度倾斜判断，确定出具有待进一步精细切片的断层点的n个第一打印层；
100.基于第二切片厚度，对所述n个第一打印层进行细化切片；
101.其中，所述第二切片厚度小于所述第一切片厚度；所述m大于等于所述n，且所述m和所述n为大于1的正整数。
102.可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
103.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
104.在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
105.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
106.所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
107.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
108.所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分方框。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
109.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。