本發(fā)明屬于三維打印領(lǐng)域，特別涉及一種三維打印方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
借助于計(jì)算機(jī)控制和快速成型材料等技術(shù)的發(fā)展，三維打印成為當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)、制造行業(yè)的熱門話題，通過計(jì)算機(jī)控制噴頭，現(xiàn)有技術(shù)已可以成功地將計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型打印成真實(shí)的物品。三維打印是一個(gè)將虛擬模型通過逐層打印構(gòu)造成實(shí)體物品的過程，在將虛擬轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)時(shí)需要面對虛擬設(shè)計(jì)中所未考慮的實(shí)際物理性質(zhì)的影響，典型地如物體的重力、重心、體積、各方向長度以及打印環(huán)境等因素，都可能影響成品的實(shí)際效果。在三維打印時(shí)，起始打印方向?qū)Τ善仿视休^大影響，對于不太規(guī)則的物體，打印過程中重力會逐漸產(chǎn)生作用影響物體的穩(wěn)定性，因而打印方向不對可能會造成打印失敗和浪費(fèi)材料等結(jié)果。例如，在打印如圖1所示的物體時(shí)，如果選擇了左側(cè)方案為打印方向，則物體打印過程中重心穩(wěn)定，效果最佳；如果選擇了右側(cè)方案為打印方向，則因?yàn)橹匦牟环€(wěn)很難保證模型和打印平板的貼合，打印很可能會失敗。為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)一般會在用戶選定模型后再讓用戶選擇起始打印方向。在人工設(shè)定的情況下，打印方向的選擇很需要經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)的工程師一般可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)合適的打印方向；越有經(jīng)驗(yàn)的工程師，選擇的方向越理想，從而可得到更好的打印效果。然而，個(gè)人消費(fèi)者用戶一般沒有很多三維打印經(jīng)驗(yàn)，特別是初學(xué)者，經(jīng)驗(yàn)更少，往往使用默認(rèn)的模型打印方向，既Z軸向上。通常專門針對三維打印而設(shè)計(jì)的模型為了方便打印，設(shè)計(jì)完成的默認(rèn)方向已經(jīng)是最優(yōu)方向；但是，更多的三維數(shù)字模型本身并不是為三維打印所設(shè)計(jì)的，因此很多時(shí)候三維打印方向未必為最優(yōu)方向，大大影響了三維打印的成品率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種三維模型預(yù)處理的三維打印技術(shù)，在向三維打印機(jī)輸出三維形體時(shí)，通過分析和處理三維數(shù)字模型，確定合適的打印方向；采用本發(fā)明的技術(shù)方案可大幅優(yōu)化三維打印效果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三維打印方法，包括步驟：讀取模型數(shù)據(jù)，確定模型形狀，按默認(rèn)打印方向預(yù)置模型；判斷在當(dāng)前打印方向下模型是否超出打印體積和/或模型是否需要支撐；若模型超出打印體積，則遍歷旋轉(zhuǎn)角度篩選邊界距離最小的打印方向作為實(shí)際打印方向；若模型需要支撐，則利用支撐系統(tǒng)生成算法篩選支撐體積最小且底面積較大的打印方向作為實(shí)際打印方向；若上述兩種情況均不存在，則以默認(rèn)打印方向作為實(shí)際打印方向；按照實(shí)際打印方向重新配置模型數(shù)據(jù)，控制噴頭按照實(shí)際打印方向進(jìn)行三維打印?；谏鲜龇椒?，優(yōu)選地，所述遍歷旋轉(zhuǎn)角度篩選包括步驟：在默認(rèn)打印方向下將模型的中心平移到打印體積的中心；進(jìn)行邊界檢查，定義第一目標(biāo)函數(shù)為在打印空間以外的模型點(diǎn)到打印空間矩形邊界的距離，計(jì)算默認(rèn)打印方向下第一目標(biāo)函數(shù)值；以二分法調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷，分別計(jì)算各旋轉(zhuǎn)角度下的第一目標(biāo)函數(shù)值；若在遍歷過程中出現(xiàn)第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況，則直接以當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)方向作為實(shí)際打印方向；若遍歷結(jié)束也無第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況，則以第一目標(biāo)函數(shù)值最小的旋轉(zhuǎn)角度縮小模型并以其對應(yīng)方向作為實(shí)際打印方向。基于上述方法，優(yōu)選地，所述利用支撐系統(tǒng)生成算法篩選包括步驟：定義第二目標(biāo)函數(shù)為需要生成的支撐體積，讀取模型的各個(gè)三角形，判斷其是否滿足作為底面的條件；若某三角形可作為底面，則將該三角形及其法矢量加入備選打印方向集合；對于備選打印方向集合中的每個(gè)打印方向按底面積大小排序，隨后計(jì)算每個(gè)打印方向第二目標(biāo)函數(shù)值，以第二目標(biāo)函數(shù)值最小的作為實(shí)際打印方向?；谏鲜龇椒?，優(yōu)選地，三角形面滿足作為底面的條件包括：以三角形所在的面為xy平面，以三角形法矢量的反向?yàn)閦軸，以三角形中心為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，將模型旋轉(zhuǎn)至該坐標(biāo)系下；如果模型全部點(diǎn)的z值都不小于0，那么此三角形可以作為底面?；谏鲜龇椒ǎ瑑?yōu)選地，所述每個(gè)打印方向按底面積大小排序包括：對于每個(gè)打印方向，計(jì)算屬于這個(gè)方向的三角形面積之和作為該方向的底面積并以此排序?；谏鲜龇椒?，優(yōu)選地，所述以二分法調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷包括：預(yù)設(shè)模型的初始旋轉(zhuǎn)角度和最小旋轉(zhuǎn)角度，預(yù)設(shè)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度為初始旋轉(zhuǎn)角度；遍歷時(shí)，每次按當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的大小旋轉(zhuǎn)模型，計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的第一目標(biāo)函數(shù)值并與旋轉(zhuǎn)前第一目標(biāo)函數(shù)值比較，選擇值較小的作為新的方向；在新的方向的基礎(chǔ)上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)模型，直至遍歷完當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下的所有方向；若未出現(xiàn)第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況，在將當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的值乘以1/2后重復(fù)上述遍歷；若在上述遍歷過程中出現(xiàn)第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況、或者當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度小于最小旋轉(zhuǎn)角度，則結(jié)束遍歷輸出第一目標(biāo)函數(shù)值為0或最小的方向。基于上述方法，優(yōu)選地，所述方法中，預(yù)設(shè)可接受的最小底面積值，該最小面積值由支撐是否牢固決定，小于此值的底面積不予考慮。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還同時(shí)提供了一種三維打印系統(tǒng)，包括：預(yù)置模塊，用于讀取模型數(shù)據(jù)，確定模型形狀，按默認(rèn)打印方向預(yù)置模型；判斷模塊，用于判斷在當(dāng)前打印方向下模型是否超出打印體積和/或模型是否需要支撐；旋轉(zhuǎn)優(yōu)化模塊，用于在模型超出打印體積時(shí)，遍歷旋轉(zhuǎn)角度篩選邊界距離最小的打印方向作為實(shí)際打印方向；支撐優(yōu)化模塊，用于在模型需要支撐時(shí)，利用支撐系統(tǒng)生成算法篩選支撐體積最小且底面積較大的打印方向作為實(shí)際打印方向；默認(rèn)打印模塊，用于在上述兩種情況均不存在時(shí)，以默認(rèn)打印方向作為實(shí)際打印方向；打印控制模塊，用于按照實(shí)際打印方向重新配置模型數(shù)據(jù)，控制噴頭按照實(shí)際打印方向進(jìn)行三維打印?；谏鲜鱿到y(tǒng)，優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)優(yōu)化模塊包括：平移模塊，用于在默認(rèn)打印方向下將模型的中心平移到打印體積的中心；檢查模塊，用于進(jìn)行邊界檢查，定義第一目標(biāo)函數(shù)為在打印空間以外的模型點(diǎn)到打印空間矩形邊界的距離，計(jì)算默認(rèn)打印方向下第一目標(biāo)函數(shù)值；遍歷模塊，用于以二分法調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行遍歷，分別計(jì)算各旋轉(zhuǎn)角度下的第一目標(biāo)函數(shù)值；第一輸出模塊，用于在遍歷過程中出現(xiàn)第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況時(shí)，直接以當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)方向作為實(shí)際打印方向；或者在遍歷結(jié)束也無第一目標(biāo)函數(shù)值為0的情況時(shí)，以第一目標(biāo)函數(shù)值最小的旋轉(zhuǎn)角度縮小模型并以其對應(yīng)方向作為實(shí)際打印方向?；谏鲜鱿到y(tǒng)，優(yōu)選地，所述支撐優(yōu)化模塊包括：...