随着增材制造技术的不断发展,打印模型也愈加复杂化、大型化,布尔运算作为增材制造模型预处理的关键步骤之一,在模型拼接、分割及合并等问题上均有应用。另外随着多自由度增材制造技术的发展和进步,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。传统的布尔运算及曲面分层算法时间复杂度高,难以处理大尺寸复杂模型。针对上述问题,基于多信息体素空间划分优化,提出一种高效布尔运算方法,并基于布尔运算,研究了高效的自由曲面分层算法。具体研究内容如下:提出了面向大尺寸复杂网格模型求交的多信息体素空间划分方法,可快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统暴力法的平方复杂度降低为线性复杂度,可处理GB级大尺寸模型。针对交线环连接出现的浮点数计算误差问题,提出了基于三角网格邻接边的拓扑连续性方法,消除交点不一致问题,获取正确交线轮廓环。研究面向大尺寸复杂模型的高效鲁棒布尔运算算法。研究了相交三角面片内部高鲁棒性的多边形区域提取方法,并根据ear-cutting算法对多边形区域作三角剖分。最后基于BFS图搜索算法,快速完成三角面片的内外分类合并,生成布尔运算结果。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,研究了以布尔运算为内核的高效自由曲面分层算法,设计了圆柱面、球面、自由曲面以及变层厚变曲率等多种类型的曲面分层算法。开发了增材制造建模和曲面分层软件,可以对模型进行布尔运算以及相应的曲面分层处理,并进行可视化显示。对GB级的大尺寸模型作布尔运算以及曲面分层处理,测试了算法的正确性与性能。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上,对螺旋桨模型进行了柱面分层加工试验。