杨继全，李〓娜，施建平，唐文来，张〓钢
(南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京〓210023)
摘要：异质零件模型设计过程中，需要实现交互及可视化。使用颜色变量，基于微四面体模型建立材料映射，使得模型既可用于彩色3D打印，也可用于梯度功能材料3D打印。首先对实体离散化处理，把零件分解为体素单元，然后研究了基本彩色文件格式，使用梯度插值算法，给出STL文件模型的色彩映射方法，并给出材料映射函数，实现外表面轮廓的材料映射。
关键词：异质材料；梯度插值；增材制造
中图分类号：TS853〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0001-08

面向增材制造的异质零件模型可视化是其CAD模型表达及处理的重要手段。可视化交互便于设计和制造环节的材料映射和模型快速生成，使得模型设计更便捷高效。本文提出基于彩色四面体模型及色彩映射材料函数的模型［1-2］可视化方法。该方法既可用于彩色3D打印，也可用于多材料3D打印。可视化设计的第一步是对零件进行离散化处理，然后进行色彩与材料映射，最后构造出以色彩表示异质材料的CAD模型［3］。本文使用文献［4］和文献［5］给出的静态模型。

1〓实体离散
可视化的第一步是把设计对象看作由体素单元构成，然后进行实体离散化。离散过程是设计和实现对象的材料实体分区可视化的基础。离散化方法包含以下3个关键步骤［6］。
1）异质零件按照线性一维梯度关系进行离散。
一维梯度关系离散即实体沿一维方向离散，以一维变化方向为轴得到实体分区并进行切片，经过该步骤，软件系统得到与实体相关的一系列切片轮廓，如图1(b)所示。

2）平面分区。
平面一维梯度关系离散即切片轮廓在平面内沿一维方向离散，经过这一步骤，软件系统得到一系列平行扫描线与切片轮廓的交点，切片及平面分
〖TPR00701.TIF，+28mm〗〖HT5”K〗〖JZ〗图1〓异质零件离散化基本步骤

区如图1(c)所示。
3）三维体绘制。
在以上两步的基础上采用某特定规则的体素根据需要填充实体表面和内部，如图2所示。

图2〓三维体绘制实例

图3所示的是对一个三维模型进行离散，不同精度和体素(1 mm×1 mm×1 mm和 0.5 mm×0.5 mm×0.5 mm)下的非规则实体离散结果。
2〓彩色文件格式〖HT5SS〗〖STBZ〗
这里以3DP工艺为主要对象研究异质零件3D打印技术，3DP工艺往往采用印刷四分色
格式的彩色文件作为打印对象。

作者简介：杨继全(1973—)，男，教授，博士，主要研究方向为3D打印技术与生物制造等