摘要
3D打印方法是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印的应用范围很广，如打印机械零件、模型、人体器官、食品、服装等。而水果的3D打印也有重要的用途。比如在水果销售中或者在教学娱乐和博物馆中的果品展示。甚至可以在太空中打印可食用的水果，以满足航天员的心理需求。这些应用急需要有关于水果的建模及3D打印的软件。 本文的研究工作主要如下：为建立水果的大型模型数据库和打印3D模型，以具有直立中轴的水果为研究对象，提出一种基于切片建模的方法为它们的外形建立数学模型，并把模型用3D打印的方法还原。 首先，采样。用精密切片机，对水果进行切片。因为水果在中间的部位，经线变化较平缓，而在上部和下部变化较快，所以可以在上部和下部处较密地切片，而在中部则稀疏地切片。稀疏采样的部分可用双线性插值使得和上下部的采样数据有一样的数据密度。然后使用数字化仪可以得到水果的经线的粗略数据，最后以一定的划分规则对每条经线采样32个点。共采样8条经线。 第二，插值。有了一个水果的8条经线的粗略数据后，为满足3D打印的数据精度的要求，需要对各经线进行插值处理。本文利用Daubechies区间小波插值得到所需精度的经线数据。进而可获得任意切层的以8个点描述的纬线。再利用Daubechies周期小波的插值拟合即可获得所需精度的纬线数据，从而建立了水果外形的模型。 第三，特殊处理。为满足3D打印时的实际要求和修正上述模型的一些问题，还需要对模型微调。使用基于熔融层积成型技术(FDM, Fused Deposition Modeling)的3D打印机时，被打印物件的第一个切层必须和打印平台有一定的接触面，否则接触面太小，物件很难黏紧平台，导致打印失败。本文采用切除模型底部部分切层的方法，使得打印时，水果底部与打印平台有足够大的接触面。并在最终打印时作出一些额外的处理。 第四，Gcode的生成。由各层的精细的纬线数据，到打印出实物，需要告知3D打印机如何移动喷头打印出物件。而Gcode文件就是包含控制喷头移动和挤出打印材料命令的文件。本文依据Gcode的命令格式和规范，实现了把水果模型中每个切层的曲线点序列直接转换为控制3D打印机打印喷头移动路线的指令文件----Gcode文件，并最终打印出水果。 实验结果表明，本文的建模方法计算速度快，打印时间短，模型效果好，打印材料节省，可达到简单实用的应用要求。
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