随着现代科技的发展，3D打印技术离我们越来越近并广泛运用于生活的各个方面。
但是由于其仍是目前较为先进的技术，仍处于我们人类探索阶段，还未完全成熟，从而没有走进千家万户，一般只在大城市的高档企业会用到。
因此真正接触该技术的人有限，只是有所耳闻而已，且其具有很高的复杂性，即使真正用上3D打印技术的人也未必完全了解其中运行原理。
由于运用它可以制造出立体的珠宝，手办，冰墩墩，手链等立体的实物，3D技术深受人们好奇和向往。
那到底什么是3D技术呢？3D技术是一种在计算机中导入制造产品完整的三维模型后，系统对于内部结构进行划分，一一对这些数据和信息进行分析处理，而后在打印中通过采用逐层叠加的方法，准确、快速并且完整地模拟成型产品或零件的技术。他是快速成型的技术的一种，因此也简称“增值制造”，被誉为“具有工业革命意义的制造技术”。
可能很多人听完仍是不太理解，接下来我们可以走进3D技术的具体过程步骤中探讨一下。首先，3D打印包括建模、分层切片、路径规划及打印等多个过程。
建模顾名思义为建造模型，只有有了一个初步的模型，计算机才能知道要打印什么。而分层切片和路径规划则是其中最为关键的步骤了，只有顺利进行这两步，最后才能达到打印成功的目的。而本文也将重点向大家介绍3D打印技术中分层切片和路径规划的相关知识。
一．STL模型——3D打印的基础3D打印的原理是将三维模型切片使其三角化，而后进行离散分层、路径规划并实行，最后叠加打印。
那么本质就在于分层制造了，而其核心技术就是对三维模型的数据处理，即切片和路径规划，这是将指令具体化为可执行的步骤。
主要的3D 打印模型切片算法一般是 CAD 模型的算法和STL模型的算法，两者各有优缺点。STL格式在数据储存中耿一友重复冗余问题，从而造成重要数据丢失，因此在转化准确度上CAD模型算法更胜一筹。
而CAD模型算法也有自己的局限性，不同版本有不一样的文件格式，十分复杂，因此普遍使用程度较低，只有在有特殊要求时才会使用。STL模型算法也适应了多数CAD软件的性能要求，综合看来，目前使用最广泛的模型的标准文本格式还是 STL格式。
正如高中数学中证明题需要表明使用了一定的证明法则以求严谨性一般，STL模型文件也需遵循一定的规则，包括右手法则、共点（边）法则、面法则等。只有遵循了这些法则，3D技术才能严谨高效的进行。
现在3D技术已经被越来越多的人运用来制造出自己想要的东西，我们在网络上也经常会看到一些成品，但科技毕竟还不够成熟，打造出的东西不可能与真实物品一模一样，而与控制三维模型的误差大小有关的就是在于这个分层过程，下面让我们了解一下。
3D分层切片原理是先选择合适的切片厚度，然后在该厚度的约束下，沿模型高度方向开始切片，求得模型各层与切平面相交的由数个三角面片集成的二维轮廓信息，即标志切片分层完成了。
分层的实质在于无限逼近模拟三维模型，由于切片过程中厚度、方向等相关参数把握的不可能完全精确，误差也是不可避免的，“阶梯效应”就是会产生的典型缺陷之一。
“阶梯效应”顾名思义，就是指会在与分层方面成一定角度的三维模型的表面产生阶梯状的台阶，据大量观察研究发现，当切片厚度越小，阶梯效应即会变得越弱，由此可见其精确度与切片厚度大小有密切关系。
据此，该分层算法被分为两种，一种是等层厚的分层切片算法，另一种是自适应厚度的分层切片算法。
二者都是用来减少“阶梯效应”带来的模型精度误差的，关于层厚方面的问题主要为我国学者研究的比较多，也有了进一步的划分，将其划分成具体不同的算法来进行3D打印。除了厚度，我们不禁想到，那高度是否对也存在一定影响呢？
答案是一定的。关于层高问题，国外学者对于此不断地在进行研究和摸索，终于有了一些结果和发现，Siraskar等研究者发现了自适应高度的分层切片算法，对于缩短切片环节的模型处理的时间有重大的促进作用和意义。
以下本文将说到的不同算法包括有：基于三角面片拓扑信息的切片算法、基于模型几何特征的切片算法、基于模型几何连续性的切片算法。
先来讲讲基于三角面片拓扑信息的切片算法吧，该算法是依据模型中一些具体关系，例如点与线，线与面，从而来求出一个与切平面相交的目标三角面片的坐标信息，用相应坐标表示后，再找到与之链接的下一个三角面片后进行再次求交。
这个过程不断反复执行最后得到多个交点信息，依次按顺序连接，得到一个二维轮廓线，从而顺利进行完分层切片和其后的路径规划。
别看只是这样一个平面图，只要有了它产品成型就成问题了，这样一个封闭轮廓曲线导入计算机中系统会自动计算其所有的信息并进行整合处理，得到最终产品。
基于模型几何特征的切片算法也是在三角面片的基础上进行研究的，李占利等专家定义了三角面片的“势”和“能量”，分出“级”和“类”，并在此基础上对模型自身进行分类分级，重新进行排序，而后进行求交判断，最后首尾相连生成封闭轮廓线。
该算法充分考虑到了三角面片的位置在分层方向的两个明显特征，第一个是在已设定的分层方向上，三角面片自身所处高度越高，则与其相交的切片平面数目必然是越多的，从而也带来了更多而求交判断。
第二点则是设定垂直于分层方向的基平面，一般为 XOY 面，若三角面片与 XOY 平面之间的跨距大，那么与其相交的切片平面距离 XOY 平面自然越远。可以说考虑的方面比较周全了。
基于模型几何连续性的切片算法则是通过将模型的坐标、顶点、边、三角面片及层建立起链接关系，并且求得其拓扑关系，然后计算三角形的分层跨度，完善层序列。
再利用其连续性，逐次对层中的边进行求交，从而可得到每一层的二维轮廓线的一种算法，该算法核心在于利用了STL基础模型的连续性，通过数据链接关系得到最精确的封闭轮廓线。
三者各有优缺点和利弊方面，具体使用哪一种一般要根据使用者的需求来决定。
比如说第一种基于三角面片拓扑信息的切片算法是更有效率的，因为一方面其不需要通过进行交点排序来获得封闭轮廓，另一方面该算法剔除了不与切片平面相交的三角面片，并可根据棉片的毗邻关系获得新交点，省去了位置的无效判别。
但也存在读取全部信息耗费时间长、占用内存大。易因为小问题导致处理中断等实际问题。第二种基于模型几何特征的切片算法因为考虑到了三角面片的位置关系，所以缩短了所需判断次数，节省了分层处理的时间，加快打印完成的速度。
但也有其独特的局限性，首先在于若是根据STL模型的几何特征分类分级时，其划分指标属于模糊值，无法避免发生三角面片与切片平面位置关系的无效判断；其次每生成一次轮廓线，就要进行连接关系判断；而且该种算法并不适用于任何场合，若在不需要用的时候使用就是画蛇添足了。
第三种基于模型的几何连续性切片算法和第二种算法在名称是几乎差不多，所以其就是属于在已有第二种算法的基础上专家对其进行的改进，有效缓解了一些问题，可通过三角面片连续性快速得到轮廓，时间相对更快，内存占用的也更少，但由于仍处于摸索阶段，该算法实际操作上还具有一定的困难。
进行完分层切片后，就要对所得信息进行路径规划了。不同的路径规划方式都是会对成品的精度和质量造成很大影响的。
目前常用的路径规划方式为以下几种：扫描填充路径生成算法、Zig Zag扫描填充算法、Offsetting扫描填充算法、分区扫描填充算法。螺旋式扫描填充算法、分型扫描填充算法。
在这里就不具体的一一展开介绍了，也是各有各的优缺点和适用条件。
影响路径规划的主要因素有很多，包括打印速度、打印路径，喷头的挤出量，其中打印速度和喷头挤出量直接影响加工表面的质量，因此常见的缺陷有“台阶效应”、拉丝现象，而打印路径的不优常会引起翘曲变形等等。
为了解决这些问题，来自全国各地的学者都在不断地研究试验，对算法进行了一些优化和调整。
衡量3D打印技术的指标有很多，包括稳固性，逼真度，打印速度和密度等，而影响这些指标的具体因素就藏在分层切片和路径规划不同的算法背后，这也是为什么说分层切片和路径规划是3D打印技术中心最为关键的两个步骤。
结语目前我国各行各业都在处于高速发展阶段，因此对于一些产品的特别需求越来越多，正如医疗领域可能需要具体的人体模型，航空航天领域需要逼真的飞机火箭模型等，3D技术的出现是必然且适宜生产力的，他可以为各行各业的进步提供一定的帮助，十分有用。
最开始的3D技术所制造出的工艺品还是无色的，但随着科技的不断进步，幸运的是我们可以见到不同颜色，不同材料，不同轮廓的各种各样的3D产品，并且在精确度、稳固性、打印速度方面都有显著提升了。
为了使3D技术和其打印产品具有更广泛、更优异的用途和性能，今后也需要对这两个方面进行更深入的研究。未来3D技术会越来越进步，走进千家万户，让我们一起期待这一天。
参考资料：
《3D打印世界》
《创意世界》
《维普期刊》
《3D打印现状及其在各行业的应用研究》
《彩色3D打印最新进展》
《自然（nature）》杂志和《科学（science）》杂志
