基于AMF格式的微结构表达式研究

杨飞凡+赵祖烨+张楠+陈锦锋

摘要：由于传统CAD系统缺乏对模型内部微结构的有效表达，增大了3D打印微结构过程的难度。为了解决这一问题，以AMF文件格式的表达式机制为基础提出了一种多尺度隐式建模的微结构表达方法——空间划分法，并在此基础上，提出了关系表达式法和体素法两种具体微结构构建方法。运用两种具体方法分别构造“十字架”微结构，使用Amf Utilities软件进行切片验证时均显示出准确的相应结构，并且原模型文件大小基本不变。提出的空间划分法能够有效表达周期性微结构，并且具有多尺度、隐式的建模特点，大大降低了微结构模型的数据量。

关键词关键词：3D打印；微结构；AMF文件格式；表达式；空间划分法

DOIDOI：10.11907/rjdk.172590

中圖分类号：TP303

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）011000104

0引言

当材料具有合适的微结构（Microstructure：通常指直径为<0.25mm的结构单位，本文中模型相对较小的内部结构均可称为微结构）时会展现出很强的物理性能，如强度、韧性、延展性、硬度、耐腐蚀性、高温低温性能或耐磨性等，因此微结构在诸多领域有着巨大的产业需求。然而由于受到微结构制造的技术工艺、生产效率、成本控制等方面发展限制，仍然无法满足目前工业级应用的批量化且低成本制造需求，微结构材料一直无法得到大规模应用[1]。

随着3D打印的迅猛发展，由于3D打印逐层打印的工艺特点，理论上可以比较简单地打印任意复杂形状的结构，所以使用3D打印制造微结构产品是一个比较简单可行的方法[2]。近年来国内外已经开发出多种微纳尺度3D打印工艺以及相关的打印材料和装备，如：微立体光刻[3]、双光子聚合激光3D直写[4]、电喷印[5]、微激光烧结[6]、电化学沉积[7]等，能够实现微小结构的3D打印，涉及聚合物、金属、陶瓷、生物材料、复合材料等多种材料[8]。

然而，传统的CAD系统缺乏对模型内部微结构材料组分的有效表达，无法实现包括功能梯度材料、多尺度工艺结构包、微结构等高级概念的建模，从而大大加大了3D打印工艺过程的难度。……