基于数字化微喷的三维切片算法优化与实验

刘海　曹国华　李娜　程继红　杨继全

摘要：数字化微喷技术是一种能够产生微米级液滴并能进行精确喷射的技术，其在微电子、生物制造、三维打印领域有着广泛的应用。该文设计出数字化微喷控制系统，其中包括喷头控制、喷射参数控制、三维模型切片以及喷射打印路径算法。硬件设计完成后，该文针对三维模型的切片采用PSO（粒子群）和ACO（蚁群）算法相结合的策略，实现打印路径的优化，从而使得喷射打印变得更加合理高效。理论研究和实验相结合的方案，不仅可以使得控制系统变得稳定，也提高了系统整体的打印效率。

关键词：数字化微喷；三维模型切片；PSO算法；ACO算法

数字微喷技术已成为热门新技术。与传统喷墨打印技术的不同，数字化微喷技术更加适应于流质材料精细模型的制备。目前，国外从事的机构主要有Cannon、Epson、HP、Asymtek和Mierofab等，国内主要有清华大学、华中科技大学、西安交通大学、西北工业大学、南京师范大学等高校，研究内容包括微滴形成的机理、微滴喷射的驱动技术以及微滴系统的装备设计和开发。

数字化微喷光固化作为数字化微喷技术的一种，是使用数字信号激励使得工作腔内的部分流体材料迅速脱离，成为一组连续的微滴或者一段射流，从微滴喷嘴中以一定的响应率和喷射速度喷出，并一定的形态喷射到指定位置上，而后照射一定光强的紫外线，引发材料自身发生化学反应，以实现流体材料的固化、成型。本系统的关键在于三维模型切片算法，上位机设计出的三维模型经过切片算法软件处理转化为下位机所需要的路径信号，最后实现打印。……