Im 3D-Druck ist das digitale 3D-Modell die Prämisse und Grundlage, und der 3D-Druck ist das Ergebnis, wodurch das 3D-Modell "auf dem Boden blüht". In vielen Fällen kann das 3D-Modell jedoch nicht direkt an einen 3D-Drucker ausgegeben werden oder die gedruckten Objekte entsprechen nicht den Bedürfnissen der Benutzer. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, einige geometrische Modellierungs- und Verarbeitungsmethoden zu durchlaufen, um das eingegebene 3D-Modell zu korrigieren, anzupassen, zu verarbeiten und zu optimieren, damit es die Anforderungen des 3D-Drucks besser erfüllen und verhindern kann, dass das gedruckte Objekt nicht normal funktioniert. .
In der Computergrafik oder im computergestützten geometrischen Design ist der Hauptzweck der 3D-Modellierung die Modellierung, das Rendering oder die Animation unter Berücksichtigung der mathematischen Eigenschaften des Modells, wie Form, Kontinuität, Glätte, Material, Verformung und andere Eigenschaften der Oberfläche; Im 3D-Druck ist die Ausgabe des 3D-Modells ein physikalisches Modell, und die physikalischen Eigenschaften (mechanische Eigenschaften und funktionale Eigenschaften) des physikalischen Modells müssen stärker berücksichtigt werden. Daher müssen die traditionellen 3D-Modellierungs- und Verarbeitungsmethoden weiter überarbeitet und gestärkt werden, und die mechanischen und funktionalen Eigenschaften des Ausgangsmodells müssen während des Modellierungsprozesses berücksichtigt werden. Zum einen beeinflussen die mathematischen Eigenschaften des Modells seine physikalischen Eigenschaften; Andererseits beeinflussen die Anforderungen an physikalische Eigenschaften die Modifikation der mathematischen Eigenschaften. Diese beiden Eigenschaften wirken sich gegenseitig aus und erfordern häufig eine Iteration im Prozess der Verarbeitung und Optimierung. Wir nennen es fertigungsorientiertes geometrisches Design und Optimierung. Es gibt viele geometrische Verarbeitungs- und Optimierungsberechnungsprobleme, die wir kurz wie folgt zusammenfassen:
1. Geometrisches Berechnungsproblem: Bei einem digitalen 3D-Modell muss es in ein dreieckiges Raster (STL-Datei) diskretisiert werden, dann Füllstruktur und Stützstruktur hinzugefügt werden, dann Slice-Berechnung und Pfadplanung und schließlich über G-Code an den 3D-Drucker gesendet werden Geben Sie ein physisches Modell aus. Dieser Prozess ist die Hauptarbeit der Slicing-Engine-Software des 3D-Druckers und umfasst viele geometrische Berechnungen.
2. Druckbeschränkungen: In vielen Fällen hat das eingegebene 3D-Modell einige Probleme und kann nicht direkt an den 3D-Drucker ausgegeben werden. Beispielsweise ist die Topologie des 3D-Modells selbst nicht standardisiert und kann nicht geschnitten werden. der Druck schlägt aufgrund des schwebenden Teils fehl; Die Größe des Modells ist zu groß und überschreitet die Größenbeschränkung, die der Drucker drucken kann. ohne Berücksichtigung der Stabilität kann das gedruckte Objekt nicht normal platziert werden usw.;
3. Problem der strukturellen Optimierung: Da dem Designer einige Designerfahrung und mechanische Kenntnisse fehlen, wird das Designergebnis aufgrund struktureller Probleme nicht normal gedruckt oder es gibt einige strukturelle Festigkeitsprobleme nach dem 3D-Druck. Eine unzureichende Festigkeit kann das 3D-Modell während des Drucks, des Transports oder des täglichen Gebrauchs beschädigen. Wir nennen diese Art von Problem ein strukturelles Analyse- und Optimierungsproblem; Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, die Struktur des Modells durch mechanische und physikalische Simulationsrechnungen (Finite-Elemente-Methode-FEM) zu optimieren, um die Anforderungen zu erfüllen.
4. Funktionale Anpassungsprobleme: Die Anpassung ist einer der größten Vorteile des 3D-Drucks, und hier wurde eine große Anzahl von Forschungsfragen und Forschungsmethoden hervorgebracht. Zum Beispiel (1) verschiedene Modelle und Methoden, die in der Zeichentheorie entwickelt wurden, auf den 3D-Druck anzuwenden, einschließlich der Simulation des Aussehens, der Messung und der Syntheseoptimierung von gedruckten Materialien; (2) für medizinische, Bildungs-, Unterhaltungs- und Modebedürfnisse Das Problem der Modellanpassung und das umgekehrte Designproblem für Licht-, Schatten- und Soundeffekte; (3) Objekte mit spezifischen Funktionen, die durch Subblockdesign und -druck sowie durch Scharniere, Riemenscheiben, Zahnräder, Motoren und andere mechanische Vorrichtungen zusammengesetzt werden, einschließlich vieler Mechanismen Design- und Optimierungsfragen.
In den letzten Jahren hat die Forschung zu geometrischem Design und Optimierung für die Fertigung umfangreiche Aufmerksamkeit erhalten und ist allmählich zu einem Forschungs-Hotspot geworden.