本發(fā)明涉及一種仿真軟件設(shè)計(jì)方法，具體的涉及一種基于3D打印的仿真方法，屬于3D打印應(yīng)用類領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
快速成型技術(shù)（3D打?。┦?0世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造技術(shù)。其是利用三維CAD的數(shù)據(jù)， 通過(guò)快速成型機(jī)， 將一層層的材料堆積成實(shí)體原型。形象地講， 快速成型系統(tǒng)就像是一臺(tái) “立體打印機(jī)” ， 因此得名 “3D打印機(jī)” 。快速成型的方式有很多， 目前已出現(xiàn)的RP技術(shù)的主要工藝有： 熔融沉積成型 （FDM） 、 選擇性激光燒結(jié)成型 （SLS） 、 光固化成型 （SLA） 、 分層實(shí)體制造成型 （LOM） 等。在3D打印技術(shù)中， FDM的機(jī)械結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單， 設(shè)計(jì)也最容易， 制造成本、 維護(hù)成本和材料成本也最低， 因此也是在家用的桌面級(jí)3D打印機(jī)中使用得最多的技術(shù)， 而工業(yè)級(jí)FDM機(jī)器， 主要以Stratasys公司產(chǎn)品為代表。FDM 3D打印機(jī)， 與其他快速成型工藝的主要不同在于， 其構(gòu)成零件的每個(gè)層片是由材料絲熔融堆積而成的。成型過(guò)程中， 材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，并以一定的壓力由噴頭沿產(chǎn)品截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)擠出，與前一層粘接在一起， 逐層疊加， 直至原型成品完成。FDM快速成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、 機(jī)械、 航空航天、 家電、 通訊、 電子、 建筑、 醫(yī)學(xué)、 玩具等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。
在當(dāng)前3D打印技術(shù)熱門(mén)的形勢(shì)下，如何提供一種高效率的3D打印機(jī)的仿真方法，是本發(fā)明研究的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種基于3D打印機(jī)的仿真方法，通過(guò)PC為平臺(tái)，以3D打印機(jī)為依托，實(shí)現(xiàn)了3D打印機(jī)仿真方法。
為解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種基于3D打印機(jī)的仿真方法，包括以下步驟：
步驟一，建立打印機(jī)三維模型；
采用VisualC++、OpenGL提供的繪圖函數(shù)創(chuàng)建3D打印機(jī)的立體模型；是打印機(jī)外觀、 工作臺(tái)、 擠出機(jī)和噴頭模型的建立。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行顏色、 光照以及材質(zhì)的設(shè)置從而渲染模型以獲得逼真的仿真打印環(huán)境；
步驟二，BFB文件的解析和預(yù)打印檢查；
分析bfb文件結(jié)構(gòu)和提取出文件中的模型信息，將手動(dòng)輸入或載入的現(xiàn)有的bfb文件代碼進(jìn)行翻譯， 當(dāng)文件檢查合格后， 驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)的打印操作， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)打印過(guò)程的模擬；
步驟三，打印路徑仿真算法分析；在手寫(xiě)的bfb文件中改進(jìn)其路徑掃描算法；
步驟四，打印過(guò)程可視化和分層輪廓預(yù)覽；
通過(guò)對(duì)bfb文件的解析， 提取出文件中打印機(jī)噴頭的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)， 利用VisualC++、 OpenGL將打印過(guò)程可視化，同時(shí)可以分層預(yù)覽模型打印的輪廓圖；
步驟五，人機(jī)交互界面；
通過(guò)VC++6.0中的MFC框架，設(shè)置出友好的交互控制界面；用戶可以通過(guò)虛擬的操作面板實(shí)現(xiàn)了bfb文件的導(dǎo)入、檢查操作， 方便地進(jìn)行視圖轉(zhuǎn)換、 縮放及視角變化， 并能控制打印機(jī)的工作狀態(tài)如開(kāi)始、 暫停、 結(jié)束的一系列操作；
步驟六，文件管理；
所述文件管理包括bfb文件的管理模塊和系統(tǒng)幫助模塊；
步驟七，打印仿真環(huán)境；
所述的打印仿真環(huán)境包括打印機(jī)模型設(shè)計(jì)模塊和人機(jī)交互模塊；其中，打印機(jī)模型設(shè)計(jì)模塊： 使用OpenGL自身提供的繪圖函數(shù)建立實(shí)體模型，打印機(jī)外觀、 工作臺(tái)、 擠出機(jī)和噴頭模
型的建立；然后對(duì)模型添加顏色、 光照、 材質(zhì)以獲得逼真的仿真打印環(huán)境；人機(jī)交互模塊： 本仿真軟件是以實(shí)時(shí)的人機(jī)交互為基礎(chǔ)，完成對(duì)打印過(guò)程的控制，有打印狀態(tài)的控制、 打印速度的控制、 視圖選擇、 試圖縮放；
步驟八，打印仿真過(guò)程；
所述打印仿真過(guò)程包括bfb文件解釋模塊、 bfb文件檢查模塊、打印顯示模塊；bfb文件解釋模塊： 負(fù)責(zé)把bfb文件中的代碼翻譯成3D打印機(jī)的執(zhí)行動(dòng)作；一般可以從bfb文件代碼中提取出打印機(jī)噴頭的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)、 進(jìn)給率、 打印溫度、 馬達(dá)速度和轉(zhuǎn)速；bfb文件檢查模塊：負(fù)責(zé)bfb文件代碼的錯(cuò)誤檢查，文件檢查合格后才能進(jìn)行下一步的打印操作。打印顯示模塊：是將FDM 3D打印機(jī)打印模型的整個(gè)過(guò)程可視化， 用戶可以預(yù)覽打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑， 同時(shí)也可以預(yù)覽每一層輪廓；
進(jìn)一步的，在步驟二中，所述的bfb文件在打印前須進(jìn)行代碼錯(cuò)誤檢查。
進(jìn)一步的，在步驟六中，所述的bfb文件的管理模塊：負(fù)責(zé)bfb文件的存儲(chǔ)， 包
括現(xiàn)有的bfb文件和手動(dòng)編寫(xiě)的bfb文件；系統(tǒng)幫助模塊： 用戶使用本仿真軟件過(guò)程中如果遇到問(wèn)題， 可以通過(guò)幫助菜單打開(kāi)文件來(lái)查詢?nèi)绾问褂帽痉抡孳浖?/p>
本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)PC與3D打印機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)并渲染了更逼真的打印效果。
具體實(shí)施方式
一種基于3D打印機(jī)的仿真方法，包括以下步驟：
步驟一，建立打印機(jī)三維模型；
采用VisualC++、OpenGL提供的繪圖函數(shù)創(chuàng)建3D打印機(jī)的立體模型；是打印機(jī)外觀、 工作臺(tái)、 擠出機(jī)和噴頭模型的建立。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行顏色、 光照以及材質(zhì)的設(shè)置從而渲染模型以獲得逼真的仿真打印環(huán)境。
步驟二，BFB文件的解析和預(yù)打印檢查；
bfb文件在打印前須進(jìn)行代碼錯(cuò)誤檢查；分析bfb文件結(jié)構(gòu)和提取出文件中的模型信息，將手動(dòng)輸入或載入的現(xiàn)有的bfb文件代碼進(jìn)行翻譯， 當(dāng)文件檢查合格后， 驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)的打印操作， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)打印過(guò)程的模擬。
步驟三，打印路徑仿真算法分析；
現(xiàn)有的bfb文件， 是由STL文件在分層軟件中進(jìn)行處理獲取的， 生成的bfb文件中含有打印路徑的信息， 但是這些路徑掃描速度較慢、 空行程多， 成型率低。針對(duì)打印模型， 可以在手寫(xiě)的bfb文件中改進(jìn)其路徑掃描算法； 盡可能地減少打印時(shí)間，提高打印效率。
步驟四，打印過(guò)程可視化和分層輪廓預(yù)覽；
通過(guò)對(duì)bfb文件的解析， 提取出文件中打印機(jī)噴頭的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)， 利用VisualC++、 OpenGL將打印過(guò)程可視化，同時(shí)可以分層預(yù)覽模型打印的輪廓圖。
步驟五，人機(jī)交互界面；
通過(guò)VC++6.0中的MFC框架，設(shè)置出友好的交互控制界面；用戶可以通過(guò)虛擬的操作面板實(shí)現(xiàn)了bfb文件的導(dǎo)入、檢查操作， 方便地進(jìn)行視圖轉(zhuǎn)換、 縮放及視角變化， 并能控制打印機(jī)的工作狀態(tài)如開(kāi)始、 暫停、 結(jié)束的一系列操作。
步驟六，文件管理；
所述的bfb文件的管理模塊：負(fù)責(zé)bfb文件的存儲(chǔ)，包括現(xiàn)有的bfb文件和手動(dòng)編寫(xiě)的bfb文件；系統(tǒng)幫助模塊： 用戶使用本仿真軟件過(guò)程中如果遇到問(wèn)題， 可以通過(guò)幫助菜單打開(kāi)文件來(lái)查詢?nèi)绾问褂帽痉抡孳浖?/p>
所述文件管理包括bfb文件的管理模塊和系統(tǒng)幫助模塊。
步驟七，打印仿真環(huán)境；
所述的打印仿真環(huán)境包括打印機(jī)模型設(shè)計(jì)模塊和人機(jī)交互模塊；其中，打印機(jī)模型設(shè)計(jì)模塊： 使用OpenGL自身提供的繪圖函數(shù)建立實(shí)體模型，打印機(jī)外觀、 工作臺(tái)、 擠出機(jī)和噴頭模
型的建立；然后對(duì)模型添加顏色、 光照、 材質(zhì)以獲得逼真的仿真打印環(huán)境；人機(jī)交互模塊： 本仿真軟件是以實(shí)時(shí)的人機(jī)交互為基礎(chǔ)，完成對(duì)打印過(guò)程的控制，有打印狀態(tài)的控制、 打印速度的控制、 視圖選擇、 試圖縮放。
步驟八，打印仿真過(guò)程；
所述打印仿真過(guò)程包括bfb文件解釋模塊、 bfb文件檢查模塊、打印顯示模塊；bfb文件解釋模塊： 負(fù)責(zé)把bfb文件中的代碼翻譯成3D打印機(jī)的執(zhí)行動(dòng)作；一般可以從bfb文件代碼中提取出打印機(jī)噴頭的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)、 進(jìn)給率、 打印溫度、 馬達(dá)速度和轉(zhuǎn)速；bfb文件檢查模塊：負(fù)責(zé)bfb文件代碼的錯(cuò)誤檢查，文件檢查合格后才能進(jìn)行下一步的打印操作。打印顯示模塊：是將FDM 3D打印機(jī)打印模型的整個(gè)過(guò)程可視化， 用戶可以預(yù)覽打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑， 同時(shí)也可以預(yù)覽每一層輪廓。
本發(fā)明所述的方法是通過(guò)PC與3D打印機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)并渲染了更逼真的打印效果。
以上對(duì)本申請(qǐng)所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本申請(qǐng)的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。