1 引言
快速成型技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用對制造業(yè)造成了深遠(yuǎn)影響，綜合了機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)技術(shù)，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鴮α慵O(shè)計進(jìn)行快速評估、修改及功能試驗，大大縮短零件研發(fā)周期。
快速成型機(jī)大都能識別和打開STL文件格式。STL文件格式是一個接口協(xié)議，為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件。它使用三角形面片來表示三維實體模型，現(xiàn)已成為CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，絕大多數(shù)造型系統(tǒng)能支持并生成此種文件格式，并廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工、有限元分析、逆向工程和醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)等領(lǐng)域。
目前主流的三維CAD軟件都支持STL文件格式轉(zhuǎn)換，現(xiàn)介紹STL格式基礎(chǔ)知識，選取Pro/E4.0（野火版）軟件，闡述3D實體文件轉(zhuǎn)化STL格式的設(shè)置以及精度比較，通過數(shù)據(jù)對比，得出一般通用的STL文件格式設(shè)置數(shù)據(jù)。
2 STL格式
STL文件采用系列三角形網(wǎng)格組合來擬合三維實體模型的表面，STL的每個三角形網(wǎng)格表達(dá)由三角形的3個頂點(diǎn)及三角形面的單位法矢量組成。STL文件的存取信息中不包含三角形面片之間的幾何拓?fù)潢P(guān)系。
STL文件類型包括文本(ASCII)和二進(jìn)制(BINA-RY)2種類型。ASCII格式的文件逐行給出三角形面片的幾何信息，每一行以1個或2個關(guān)鍵字開頭。第一行是三角形面片指向?qū)嶓w外部的法矢量坐標(biāo)，由facet normal開頭，第二行為outer loop關(guān)鍵字，隨后的第3、4、5行數(shù)據(jù)分別是三角形面片的頂點(diǎn)坐標(biāo)，分別以vertex關(guān)鍵字開頭，3頂點(diǎn)沿指向?qū)嶓w外部的法矢量方向逆時針排列，第6、7行分別為endloop和endfacet關(guān)鍵字，標(biāo)記一個三角形面片描述完畢。
二進(jìn)制STL文件和表達(dá)方式與ASCII格式有差異，采用了固定的字節(jié)數(shù)目來描述三角形面片信息。所描述的內(nèi)容是三角形面片的個數(shù)、每個三角形面片的幾何信息，包括法矢量、3個頂點(diǎn)坐標(biāo)、三角形面片的顏色等屬性信息。由于固定了字節(jié)數(shù)目，STL文件的大小和三角形面片數(shù)存在確定的數(shù)學(xué)計算公式，即一個二進(jìn)制STL文件的大小為三角形面片數(shù)乘以50再加上84個字節(jié)。
3 3D轉(zhuǎn)換STL
現(xiàn)采用Pro/E4.0（野火版）軟件進(jìn)行STL格式的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程：File（文件）→Save a Copy(保存副本)→Model（模型名稱）→選擇文件類型為STL（*．stl）。
以圖1所示壺類零件為例進(jìn)行示范，進(jìn)行STL轉(zhuǎn)換設(shè)置后，跳出圖1所示的STL導(dǎo)出參數(shù)框。
圖1 STL導(dǎo)出參數(shù)框
參數(shù)框主要包括STL格式選擇（默認(rèn)為二進(jìn)制）、三角形面片擬合參數(shù)設(shè)置、文件名。其中，三角形面片擬合參數(shù)設(shè)置將直接決定快速成型的零件精度。
接受默認(rèn)參數(shù)，即弦高0.306602mm，角度控制0.5000度，步長3.066019。系統(tǒng)提示2390個三角形面片已經(jīng)寫入輸出文件lkeleping.stl，生成的STL文件大小117kb，如圖2所示。
圖2 默認(rèn)參數(shù)
修改參數(shù)，弦高0.15mm，其余不變，提示三角形面片4766個，STL文件大小233kb，如圖3所示。
圖3 弦高0.15mm
修改參數(shù)，弦高不變，角度0.25度，提示三角形面片2380個，STL文件117kb，如圖4所示。
圖4 角度0.25度
修改參數(shù)，弦高不變，角度0.02度，提示三角形面片2270個，STL文件lllkb，如圖5所示。
圖5 角度0.02度
修改步長為默認(rèn)值的一半即1.5，弦高、角度默認(rèn)，提示三角形面片20868個，STL文件大小1020kb，如圖6所示。
圖6 步長1.5
修改步長為默認(rèn)值的一半即1.5，弦高輸入0(默認(rèn)修改為0.009100mm，即為軟件系統(tǒng)最高精度0.01mm)，角度0.02度，提示三角形面片81806，STL文件大小1020kb，如圖7所示。
圖7 高精度參數(shù)之一
三角形面片擬合實體精度大幅提高，繼續(xù)上述優(yōu)化，步長修改0.3，其余參數(shù)不變，三角形面片456858個，文件大小22308kb，三角形面片和文件大小顯著提高，如圖8所示。
圖8 高精度參數(shù)之二
將上述參數(shù)調(diào)整統(tǒng)計如表1所示。
表1 STL導(dǎo)出參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)
從表1可以分析，影響STL文件三角形面片個數(shù)的參數(shù)主要是弦高和步長，弦高越小，步長越小，擬合實體所產(chǎn)生的三角形面片個數(shù)越多，同時文件大小越大。在實際生產(chǎn)中，由于STL文件最終要進(jìn)行后面的操作，如快速成型，最終零件的精度受到快速成型系統(tǒng)精度的制約，數(shù)值1即為精度最低的參數(shù)組（快速成型效率最高），選取數(shù)值7即可滿足一般精度要求，如果有特別高精度要求，可選取數(shù)值8進(jìn)行STL文件的設(shè)置。
4 結(jié)束語
以典型壺類零件為例，基于Pro/E4.0（野火版）軟件，闡述了STL文件導(dǎo)出的參數(shù)設(shè)置和精度影響，通過對比8組試驗數(shù)據(jù)，可以看出影響STL精度的3個參數(shù)中，弦高和步長是決定STL精度的關(guān)鍵因素，并得出不同條件下常用的參數(shù)設(shè)置值，具有實際工程應(yīng)用意義。
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本文標(biāo)題：三維CAD實體文件轉(zhuǎn)化STL文件格式精度研究
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