緒論-3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作

產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)——3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作目錄01.3D打印相關(guān)研究工作知識(shí)點(diǎn):3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作3D打印的幾何設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面做了系列的研究工作，簡(jiǎn)單介紹如下：1.“

經(jīng)濟(jì)節(jié)約型”

的3D打印技術(shù)：受到建筑領(lǐng)域使用剛架結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出一種“

蒙皮-

剛架”

技術(shù)：對(duì)于給定的一個(gè)3D模型，我們將模型表達(dá)成一個(gè)很薄的蒙皮以及內(nèi)部的剛架結(jié)構(gòu)，使得表達(dá)后的物體的體積（即所使用的打印材料）最小，而且使得打印物體能夠滿足所要求的

物理強(qiáng)度，受力穩(wěn)定性，自平衡性及可打印性等要求。與實(shí)體填充的打印相比，這樣的方法能節(jié)省約50-70%以上的材料。2.

節(jié)省打印時(shí)間的自適應(yīng)切片技術(shù)：切片的層數(shù)決定了3D打印的時(shí)間，切片數(shù)越多，打印時(shí)間越長(zhǎng)。該工作基于形狀的可視顯著度，自適應(yīng)地進(jìn)行切片計(jì)算，能夠保證在不影響視覺效果的情況下，切片的層數(shù)達(dá)到最小，以減少打印時(shí)間。3.

基于自鎖結(jié)構(gòu)的大物體分解技術(shù)：大物體的打印需要分解成多塊小物體進(jìn)行打印，然后進(jìn)行組裝；傳統(tǒng)的方法是用膠水或者插銷結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝。該工作將物體分解為多個(gè)小物體，小物體之間通過自鎖結(jié)構(gòu)（卯榫結(jié)構(gòu)）進(jìn)行組裝，組裝后整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且可以重復(fù)拆裝，便于運(yùn)輸。同時(shí)，也是一種類似于孔明鎖（魯班鎖）的空間智力玩具。知識(shí)點(diǎn):3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作

4.基于剪刀結(jié)構(gòu)的可伸縮物體的設(shè)計(jì)：剪刀結(jié)構(gòu)是一種生活中常見的鉸鏈結(jié)構(gòu)，常用于可伸縮物體中，比如傘，伸縮門等。給定兩個(gè)2D形狀，如何設(shè)計(jì)剪刀結(jié)構(gòu)，使之能夠在收縮和展開時(shí)分別逼近給定的形狀，是個(gè)逆向設(shè)計(jì)的問題，也是比較困難的。該工作給出了一個(gè)算法，使得能夠生成剪刀結(jié)構(gòu)，插值2個(gè)給定的形狀，產(chǎn)生它們之間的連續(xù)變形(morphing)。5.結(jié)合2D切割和3D打印的大物體打印技術(shù)：激光切割(LaserCutting)作為另一種制造工藝，相比較于3D打印，雖然只能制造具有二維形狀的物體，但其制造材料成本低，且切割速度非?？?。我們結(jié)合3D打印和激光切割各自的制造優(yōu)勢(shì)，提出一種快速、廉價(jià)的分塊制造大物體的方法。該方法的主要思想是在三維物體內(nèi)部構(gòu)造由激光切割板塊組裝成的三維支撐結(jié)構(gòu)，然后將多個(gè)3D打印部件貼附到支撐結(jié)構(gòu)上保證物體的外觀。6.使用機(jī)器臂的空間3D打印技術(shù)：將FDM打印投固定在6軸機(jī)器臂上，使用機(jī)器臂進(jìn)行空間3D打印，在很多領(lǐng)域都能得到應(yīng)用。該工作提出兩種空間3D打印的裝臵方法。知識(shí)點(diǎn):3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作7.空間框架形狀的3D打印技術(shù)：使用機(jī)器人空間3D打印來打印框架形狀，一個(gè)重要的問題是如何決定框架邊的打印順序。該工作提出一種有效的算法，能決定所有邊的打印順序：一方面保證在打印過程中，已打印的框架結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，且不能發(fā)生大的變形（否則機(jī)器人無法定位）；另一方面，機(jī)器人在打印的時(shí)候不能與已打印的框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞。8.定制化發(fā)條玩具設(shè)計(jì)：提出一種計(jì)算方法，根據(jù)用戶指定的玩具外形和運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)設(shè)計(jì)發(fā)條玩具的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以直接用于3D打印快速制造出來。算法是對(duì)一系列基本的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)單元進(jìn)行幾何和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，通過連接這些基本機(jī)構(gòu)單元自動(dòng)構(gòu)造出可以傳遞復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，最后對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化使得輸出的運(yùn)動(dòng)達(dá)到指定效果。知識(shí)點(diǎn):3D打印技術(shù)的相關(guān)研究工作9.可重構(gòu)家具的自動(dòng)設(shè)計(jì)：可重構(gòu)家具是由多個(gè)部件組裝起來的家具，通過改變部件的相對(duì)位臵和連接關(guān)系來改變整體結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)不同的形態(tài)和功能。該文提出一種計(jì)算方法，根據(jù)用戶指定的家具外形，自動(dòng)設(shè)計(jì)可重構(gòu)家具的三維幾何模型。其思想是對(duì)給定的多個(gè)家具外形做協(xié)同分割得到可重用部件的主體模型，進(jìn)而在部件的主體模型上協(xié)同構(gòu)造連接頭，使得每個(gè)家具形態(tài)中的所有部件通過連接頭形成穩(wěn)定的三維自鎖結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出的可重構(gòu)家具模型可通過多種方式制造出來，如3D打印、激光切割、木工