欧洲项目推介：3D建模和实体造型技术软件开发

本发明的第一项技术是一种对自由曲面进行三维建模的先进技术，该技术可以保留边界以及功能曲线长度。第二项技术提供了一种有效的几何造型技术，其使用分层深度法矢像图（LDNI）可为3D打印制造提供高分辨率的图像和几何建模方法。

背景

可展自由曲面几何建模技术在设计和制造领域有广泛的应用。在制衣或者制鞋行业中，二维片原材料如纺织品或者皮革等常常需要经过弯曲粘合以制造最终的产品。然而，如何准确地由设计好的三维实体确定展平后的二维片的形状却是一个技术瓶颈，而现有的商业化CAD/CAM软件并没能提供可展自由曲面造型功能。为了满足业界的需要，中文大学的该研究团队开发了一项创新的原型系统将三维网格曲面展平为相应的二维片，并可保留特征曲线的长度、并且可计算出相应的二维片的准确形状。

技术一 – 可展自由曲面的几何建模技术

该技术是在香港创新科技署（ITC）资助的一个创新科技基金（ITF）项目下开发的，其研究成果提供了一种创新的方法以将三维曲面展平为相对应的二维片供制造业使用。该项目也开发了一个软件系统以进行实体的三维几何造型和建模，其功能包括:

·基于三维自由网格曲面可展性的曲面形状优化，

·保持特征曲线的长度的曲面展平，

·可展自由网格曲面的变分细分造型等。

(a) 潜水服制作过程之造型设计

(b) 定制面膜设计之造型设计

技术二 – 基於高分辨率分层深度法矢图像的实体3D建模技术开发

在快速原型制造中，实体三维几何模型的创建及切层是获得3D打印过程中运动控制轨迹的必要步骤。增加切片精度与减少建立分层模型的时间成本之间的权衡是快速成型应用方面的一个关键考量。该研究团队的第二项技术提供了一种创新的三维建模技术和切片算法，其可以在短时间内生成高分辨率的模型轮廓片与复杂几何形状的模型。

(c) 中文大学于快速原型机上测试的研究成果

3D打印的整个过程通常是基于1）几何模型的创建，2）模型切割分层，3）产生激光扫描路径或材料沉积路径，4）逐层扫描或沉积以及5）后处理操作等阶段。此项目为几何模型的创建和切片（即步骤1和2）提供了一种高效高质的结果。不像传统的于实体/曲面模型或stl文件上做自适应分层的方法，该发明的建模技术之独特创新性之处在于它可以为有复杂拓扑结构和形状的实体创造高分辨率的分层深度法矢图，该实体模型正是由一系列集分层及有序的点云构成的可直接进行切片的模型。它将3D打印生产制作过程中的两步并作一步，并且可以带来更高的精准度及更短的制造时间。

应用

有着建立几何模型和产生轮廓切片的能力，理论上该技术可以应用在3D打印、及数控机床加工和动画渲染处理等领域。它既可以用作当前商用CAD/CAM软件系统的独立插入式模块，又可以直接作为一个独立的系统开发（需要做数据文件转换），用于产生分层模型。

(d) LDNI界面原型

第二项技术的CAD/CAM技术原型系统也已经搭建好，并且已经于某个商用CAD/CAM软件上进行了测试。该团队另一个正在进行的ITF项目是关于骨肿瘤外科定制夹具的软件设计。