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3D打印不倒翁所用的算法

更新时间: 2019-10-22 13:54:00  查看次数: 524    

算法的输入为用户提供的网格模型,作为不倒翁的上半部。我们首先优化上半部的质量分布和形状。根据上半部模型优化结果,算法自动计算出相匹配的下半部模型。最后将上半部模型和下半部模型分开进行3D打印,最终组装成不倒翁模型。算法优化目标包括:尽可能少的材料消耗、比例协调的外观、较高的模型稳定性、较大摆动幅度。进行了多组实验对比,以验证算法的有效性。


算法的贡献在于提出了一种制造个性化不倒翁的方法。我们将整个设计过程抽象成优化问题,将节省材料、保持不倒翁静态平衡、动态特性等需求表示为优化目标函数和相应约束条件。算法使用同种材料打印整个模型,不使用配重,仅通过调整模型质量分布改变质心位置。优化结果可使用最常见的桌面级FDM打印机进行制作,成本低廉,适用性广。


算法的设计目标为:3D打印成品初始状态时在水平面上保持静止,并在外力推动后,不断摇摆,最终静止在初始平衡位置。因此所要解决的问题其物理原理和优化目标与以上方法不同。将以上方法进行整合并不能设计出不倒翁模型。另外为了增强不倒翁玩具的趣味性,还需要考虑不倒翁形状,稳定性和摆动幅度等。不倒翁的稳定性是指不倒翁依靠自身摆动最终能够静止在初始平衡位置的能力。稳定性越高,则不倒翁最终越容易静止在初始平衡位置。