3D 인쇄에서 3D 디지털 모델은 전제이자 기초이며 3D 인쇄는 3D 모델을 "지상의 꽃"으로 만드는 결과입니다. 그러나 대부분의 경우 3D 모델을 3D 프린터로 직접 출력할 수 없거나 인쇄된 물체가 사용자의 요구를 충족하지 못합니다. 이때 입력 3D 모델을 수정, 조정, 처리 및 최적화하기 위해 기하학적 모델링 및 처리 방법을 거쳐야하므로 3D 인쇄의 요구 사항을보다 잘 충족시키고 인쇄 된 물체가 정상적으로 작동하지 않도록해야합니다. .
컴퓨터 그래픽 또는 컴퓨터 지원 기하학적 설계에서 3D 모델링의 주요 목적은 표면의 모양, 연속성, 평활도, 재료, 변형 및 기타 특성과 같은 모델의 수학적 특성을 고려한 모델링, 렌더링 또는 애니메이션입니다. 3D 프린팅에서 3D 모델의 출력은 물리적 모델이며 물리적 모델의 물리적 특성 (기계적 특성 및 기능적 특성)을 더 많이 고려해야합니다. 따라서 전통적인 3D 모델링 및 처리 방법을 더욱 개정하고 강화해야하며 모델링 프로세스 중에 출력 물리적 모델의 기계적 및 기능적 특성을 고려해야합니다. 한편으로 모델의 수학적 특성은 물리적 특성에 영향을 미칩니다. 반면에, 물리적 특성에 대한 요구 사항은 수학적 특성의 수정에 영향을 미칩니다. 이 두 속성은 서로 영향을 미치며 종종 처리 및 최적화 과정에서 반복이 필요합니다. 우리는 그것을 제작 지향적 인 기하학적 설계 및 최적화라고 부릅니다. 기하학적 처리 및 최적화 계산 문제가 많이 있으며, 다음과 같이 간략하게 요약합니다.
1. 기하학적 계산 문제 : 3D 디지털 모델이 주어지면 삼각형 그리드 (STL 파일)로 이산화 된 다음 채우기 구조 및 지원 구조를 추가 한 다음 분할 계산 및 경로 계획을 추가 한 다음 G 코드를 통해 3D 프린터로 보내야합니다 실제 모델을 출력하십시오. 이 프로세스는 많은 기하학적 계산을 포함하는 3D 프린터의 슬라이싱 엔진 소프트웨어의 주요 작업입니다.
2. 인쇄 제약 조건 : 대부분의 경우 입력 3D 모델에는 몇 가지 문제가 있으며 3D 프린터로 직접 출력 할 수 없습니다. 예를 들어 3D 모델 자체의 토폴로지는 표준화되지 않았으며 슬라이스할 수 없습니다. 부동 부품으로 인해 인쇄가 실패합니다. 모델의 크기가 너무 커서 프린터가 인쇄할 수 있는 크기 제한을 초과합니다. 안정성을 고려하지 않으면 인쇄 된 물체를 정상적으로 배치 할 수 없습니다.
3. 구조 최적화 문제 : 설계자가 설계 경험과 기계적 지식이 부족하기 때문에 구조적 문제로 인해 설계 결과가 정상적으로 인쇄되지 않거나 3D 인쇄 후 구조적 강도 문제가있을 수 있습니다. 강도가 부족하면 인쇄, 운송 또는 일상적인 사용 중에 3D 모델이 손상될 수 있습니다. 우리는 이런 종류의 문제를 구조 분석 및 최적화 문제라고 부릅니다. 이때, 요구 사항을 충족하기 위해서는 기계적 및 물리적 시뮬레이션 계산(Finite Element Method-FEM)을 통해 모델의 구조를 최적화할 필요가 있다.
4. 기능 사용자 정의 문제 : 사용자 정의는 3D 인쇄의 가장 큰 장점 중 하나이며 많은 연구 질문 및 연구 방법이 여기에 생성되었습니다. 예를 들어, (1) 드로잉 이론에서 개발 된 다양한 모델과 방법을 인쇄 재료의 외관 시뮬레이션, 측정 및 합성 최적화와 관련된 3D 인쇄에 적용합니다. (2) 의료, 교육, 엔터테인먼트 및 패션 요구 사항 빛, 그림자 및 음향 효과에 대한 모델 사용자 정의 문제 및 역 디자인 문제; (3) 서브 블록 설계 및 인쇄 및 경첩, 풀리, 기어, 모터 및 기타 기계 장치를 통해 조립 된 특정 기능을 가진 물체 (많은 메커니즘 설계 및 최적화 문제).
최근 몇 년 동안 제조를위한 기하학적 설계 및 최적화에 대한 연구는 광범위한 관심을 받았으며 점차 연구 핫스팟이되었습니다.