ICS 25.030 J 07
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T39331—2020
增材制造 数据处理通则
Additive manufacturingOverview of data processing
(ISO 17296-4:2014, Additive manufacturing—General principles-
Part 4: Overview of data processing,MOD)
2021-06-01实施
2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T39331—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用重新起草法修改采用ISO17296-4：2014《增材制造总则第4部分：数据处理通则》。 本标准与ISO17296-4：2014相比在结构上有较多调整，附录A列出了本标准与ISO17296-4；2014
的章条编号对照一览表。
本标准与ISO17296-4:2014相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线(I)进行了标示，附录B中给出了相应技术性差异及其原因的一览表。
本标准做了以下编辑性修改：
本标准不是系列标准，将标准名称修改为《增材制造数据处理通则》。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562)归口。 本标准起草单位：山东创瑞增材制造产业技术研究院有限公司、安徽拓宝增材制造科技有限公司、
杭州喜马拉雅信息科技有限公司、中机生产力促进中心、机械科学研究总院集团有限公司、山东建筑大学。
本标准主要起草人：吕忠利、张成林、赖全忠、薛莲、单忠德、李海斌、景财年。
I GB/T39331—2020
增材制造 数据处理通则
1 范围
本标准规定了增材制造数据交换的基本原则，给出了用于增材制造信息交换的描述零件几何形状信息的术语和定义，概述了数据交换方法的文件类型、数据格式以及用途等
本标准包含以下内容：
给出了一种实现数据交换的格式；介绍增材制造数据处理的发展现状；概述现行的典型文件格式类型；指导使用标准的人员理解数据交换的必要特性。
本标准适用于增材制造工艺和软件系统的用户和制造商，适用于所有增材制造工艺，尤其适用于：
包含软件的增材制造系统和设备的制造商；从事计算机辅助设计/计算机辅助工程（CAD/CAE)的软件工程师；
一逆向工程系统开发人员；
从事几何形状及尺寸检测的测试人员。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T35351增材制造 术语 GB/T35352增材制造 文件格式（GB/T35352—2017，ISO/ASTM52915：2016，IDT)
3术语和定义
GB/T35351界定的术语和定义适用于本文件
4数据交换
4.1数据流 4.1.1概述
零件完整的三维数据信息是增材制造的基础，通常由三维CAD建模或逆向工程生成（见图1）。
1 GB/T 39331—2020
产品构想
对象二维图
物理模型
体素化
数据
.
获取
图像分隔
三维数字化点云/ 多层切片
三维CAD建模
→ 体模型 V 多边形面片化/ 三角形面片化
多边形面片化/ 三角形面片化
逆向工程
数据备
曲面重建
准
面模型
面片模型 + 切片处理
切片轮廊数据
增材制造过程
1 零件
图1设计到实物的数据流示意图
数据流基于体模型或者面模型通过多边形面片或三角形面片生成（见4.1.2.4)，并转换为STL或者 VRML格式导入增材制造过程（见4.2.2和4.2.3）。 4.1.2图1中重要术语说明 4.1.2.1三维CAD建模（实体建模）
三维CAD建模是设计中最常用的生成数字三维模型的过程。最初可以是产品的一种构想，在成形过程中直接通过计算机逐步进行定义；或以草图、工程图等形式呈现，之后被转化成三维数据。实体对象可以通过以下两种技术或两者的组合来实现：一是基于基本形状（如长方体、楔子、圆柱体、圆锥、球体和圆环等)布尔运算生成的实体模型，二是一种由构成实体对象的曲面包络及其材料属性描述的曲面模型。
2 GB/T39331—2020
4.1.2.2三维数字化（逆向工程）
逆向工程是用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程特别适用于根据经验绘制并包含自由曲面的模型，因为这类模型很难直接通过三维CAD建模生成。 4.1.2.3曲面重建
曲面重建是对三维数字化生成的数据进行处理的一种手段，基于计算机生成的点云，利用足够的拓扑信息生成能够用数学语言描述的曲线和曲面，充分再现物体表面。这些数据可以单独存储或集成到现有的CAD体模型中。利用逆向工程可以建立起三维数据和CAD建模之间的桥梁。 4.1.2.4多边形面片化/三角形面片化
该方法利用三维数字化后的点云或三维CAD建模后的体模型生成基于体的面模型。物体表面用许多微小的多边形面片表示。面片的数量和大小决定了实际曲面几何形状的重构精度，最终生成STL 格式文件。 4.1.2.5切片处理
切片处理是所有增材制造过程中必不可少的预处理阶段，将面片化的体模型切片成若干连续层，并记录每层中包含的信息。片层轮廓线数据在2轴方向不再相互关联，导致在2轴方向不能再进行后续缩放。设定必要参数（如层厚度）后，切片过程通过软件自动执行。其他系统需要单独的软件来准备和存储这类层数据。 4.2数据格式 4.2.1概述
数据流中最常用的接口格式在4.2.2～4.2.6中进行了说明。 STL格式是数据传输的标准数据格式。一些系统可以读取和处理VRML格式的数据。 如果由于没有接口模块（并非所有CAD软件都提供标准接口）而无法导出STL格式，则可以通过
接口格式（如STEP或IGES)将数据传输到其他CAD软件，然后输出STL格式文件。
注：当通过第三方的通用接口进行数据传输时，可能会出现数据转换方面的问题。尽管已经建立了相关的标准，不
同的通用接口在数据传输的功能上还是会有很大的差别，并且接口两端的程序也可能对所传输数据的精度具有不同要求。
4.2.2 STL
STL是一种独立于系统的文件格式，仅能表示几何坐标，自前已成为常用的增材制造数据交换格
式。体模型的边界曲面由三角形面片及其法向量描述。STL数据集可以使用ASCII码或二进制表示来存储，前者可读性强，后者数据量小。由于几何图形面片化的不可逆性，STL数据格式往往不适合在 CAD/CAM系统之间交换数据。
4.2.3VRML(WRL)
虚拟现实建模语言VRML（定义参见ISO/IEC14772-1和ISO/IEC14772-2），文件扩展名为"wrl” 或“Wrz”（用于压缩的VRML文件），是一种由网络功能支持的独立于平台的三维图像格式。VRML不限于列表形式的点或边缘数据的输人，它还是一种面向对象方式描述三维对象或者场景的计算机语言（纯文本ASCII或者UTF-8）。VRML的基本组成部分是“节点类型”和沟通渠道：形状节点（基本的几
3 GB/T 39331—2020 何形状，如长方体、圆柱体、圆锥体和球体），外观节点（颜色、表达材料属性的纹理、几何转换），光节点，相机节点（平行透视投影)和组节点，实现层次结构以及扩展现有节点类型范围的原型。近来，VRML 格式已经被Web3D联盟称为一种“可扩展3D”的XML格式（参见ISO/IEC19775-1）。 4.2.4 IGES
初始图形交换规范IGES是CAD数据交换格式的一种，用于产品几何和几何标注信息的交换。 4.2.5STEP
产品模型数据交换标准STEP是一种用于描述和交换不同CAD系统之间的产品模型数据的通用接口格式，可用交换几何数据（如DXF或IGES)和产品数据（如颜色、文本或图层信息）。所有形式的 CAD数据模型都可以通过STEP集成在线框模型、面模型或体模型中。 4.2.6AMF
AMF是一种基于XML的增材制造数据文件格式，包含三维表面几何描述，支持颜色、材料、网格、
纹理、结构和元数据（见GB/T35352）。 4.3数据预处理 4.3.1数据质量对于零件质量的重要性
对基于STL数据集的几何模型进行数据质量检测和修复是确保使用增材制造技术顺利进行高质量的零件制造的先决条件。下列是需要注意的事项：
面模型的所有表面应通过修饰平滑地连接在一起，从而形成表面封闭的模型；所有表面应被调整到可以清晰地识别物体体积一进行三角形切面时，不应选择任何辅助工具（如图层、柱面、轴线、要素等）；一在进行多边形切面/三角形切面之前，最好将面模型转换为体模型。 对质量较差的数据应进行修复并确认，建议提供准确标注尺寸的图纸。
4.3.2STL输出参数
在输入STL数据集时，输出参数的设置决定多边形切面/三角形切面的精度，进而决定所获得几何
模型的精度。分辨率太低会影响模型的精度和外观；分辨率太高则导致文件过大，并且会增加模型预处理时间（如表1所示）。
表1STL数据集中可能的格式错误及其对制造工艺和零件的影响
对建模过程的影响
对零件的影响几何精度差
格式错误
可采取的措施
三角形切面分辨率太低 无三角形切面分辨率太高 漫长的运算和建模时间；超 建模过程中的错误导致零 调整STL的分辨率参数
调整STL的分辨率参数
大的数据量导致过程错误 件缺陷
在CAD模型中不平滑的 由不明确的零件定义引起和/或未经修饰的表面 的过程错误 CAD模型中曲面的错误 空图层或不明确的零件定 几何失真缺陷定位
精确切割 “封闭体积” 检查法向量
几何失真缺陷
义引起的过程错误
2向(轴向)分层与强度损失 “封闭体积”
4 GB/T39331—2020
可根据CAD程序设置各种导出参数：
弦高、长宽比和分辨率；表面公差、表面绝对平滑度、面片绝对偏差、最大偏差距离、转换公差、相邻公差等；
三角形公差、角度公差、角度控制、曲面平面角等对于一些不准许在导出过程中设置单独参数的程序，输出参数将调整为显示参数。在这种情况下，
应注意确保程序中已通过事先调整选择了足够高的显示分辨率。
通过增加面片数量来提高模型质量会导致文件尺寸过大增加预处理时间，在不会导致模型缺陷的条件下应尽量减少面片数量。 4.3.3数据处理中的特殊注意事项 4.3.3.1机械加工余量
根据零件要求或所选择的工艺方法，可能需要进行后处理。在这种情况下，在生成CAD模型时，应允许适当地对相关部位的尺寸进行调整。相关方应提前协商确定需加工的部位。 4.3.3.2轻量化
一些增材制造技术在制造大尺寸实体零件时一般存在周期长、成本高的问题，因此，在这类产品的设计阶段，应对模型进行结构优化，减少体积和重量。 4.3.3.3零件摆放和支撑设计
零件摆放的方向会直接影响零件的质量和制造时间。 零件在增材制造时可能会需要支撑结构。通常在开始制造之前就布置好支撑结构，并在制造完成
后予以去除。
用户可使用系统软件中的选项或单独的软件工具创建支撑结构。 因为设计支撑结构可能会影响零件的表面质量，所以应标记那些不准许加支撑的部位（参见ISO/
ASTM 52921)。
5 GB/T39331—2020
附录A （资料性附录）
本标准与IS017296-4：2014相比的结构变化情况
本标准与ISO17296-4：2014相比在结构上有较多调整，具体章条编号对照情况见表A.1。
表A.1 本标准与IS017296-4:2014的章条编号对照情况本标准章条编号
对应的ISO17296-4:2014章条编号
前言引言 1 2 3 4.1 4.2.1~4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.3
前言 - 1 2 3 4.1 4.2.1~4,2.4
一 4.2.5 4.2.6 4.3 附录 A 附录 B
一一
6