CN105643943A - 一种增材制造用支撑的生成方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增材制造用支撑的生成方法及其系统，该方法包括：根据待打印实体的3D模型的平面数据确定该模型的预置模型；根据该待打印实体的预置模型的正投影区域确定其支撑区域以及支撑区域与实体相接触的支撑面；在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序生成支撑结构模型；对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。本发明不仅打印成型效果好、材料损耗少，而且打印成型后的零件强度好。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种增材制造用支撑的生成方法及其系统。
背景技术
增材制造，亦可称为3D打印技术，通过自动化数控逐层材料累积的过程实现3D模型的打印。相对于传统的加工技术而言，3D打印技术不需要另行制作模具，直接加工出成品。而且能够克服传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，可以实现任意复杂结构部件的简单化生产，可以自动、直接、精确地将将设计思想从CAD模型，转化为具有一定功能的模型或器件。
目前，在3D打印的设计过程中，先通过计算机建模软件建模，再将建成的3D物体模型切片，从而指导打印机进行逐层打印；打印机通过读取横截面信息，采用液状、粉状材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。3D打印技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物体。
在实际打印过程中，需要使用支撑将零件固定在网板上，支撑为从网板到零件形成墙一样的结构，固定零件的位置，使制作时的悬空部分固定在支撑上。在生成3D打印支撑的过程中，通常的做法是在打印物体下方填充预先定义好的规则模式进行支撑，其支撑的宽度和规则模式等参数都是根据用户的经验确定的。现有的如图1所示，支撑结构的形状设计较为复杂，而且支撑面积越大，材料的耗费也越较大。因此，在生成打印支撑以实现零件打印的过程中，打印材料的浪费较大，打印成本较高。此外通过生成打印支撑实现了零件的固定，然后根据零件模型和支撑模型进行打印，在模型打印完成之后需要将这些额外的打印支撑从零件模型上剥离以得到零件模型，而剥离这些额外支撑时在点支撑处对零件模型造成伤害，现有技术中生成打印支撑的过程中，在打印支撑剥离是对零件模型的伤害难以预估，从而大幅度降低了打印质量。
发明内容
为解决上述技术问题，我们提出了一种增材制造用支撑的生成方法及其系统，其可优化支撑结构，减少打印材料的浪费，对实体模型剥离伤害小，可大幅度提高打印质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种增材制造用支撑的生成方法，其包括如下步骤：
1)根据待打印实体的3D模型的平面数据确定该模型的预置模型；
2）根据该待打印实体的预置模型的正投影区域确定其支撑区域以及支撑区域与实体相接触的支撑面；
3）在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序生成支撑结构模型；
4）对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
5）根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
基于上述方法，优选的，所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
基于上述方法，优选的，所述点支撑包括与所述支撑面上的顶点相接触的顶部，所述顶部的横截面呈类似三角形、梯形或齿形。
基于上述方法，优选的，所述支架支撑具有立体几何特性，且其向着待打印实体的方向紧密有序的排列。
根据本发明的另一个方面，提供了一种增材制造用支撑系统，其包括：
待打印实体的预置模型生成单元，用于根据待打印实体的3D模型的平面数据，确定预置模型；
支撑区域生成单元，用于在待打印实体的预置模型的正投影所形成的区域以及用于确定支撑区域接入待打印实体的支撑面；
支撑结构模型生成单元，用于在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序；
切片平面数据生成单元，用于对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
打印控制单元，用于根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
基于上述系统，优选的，所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
基于上述系统，优选的，所述点支撑包括与所述支撑面上的顶点相接触的顶部，所述顶部的横截面呈类似三角形、梯形或齿形。
基于上述系统，优选的，所述支架支撑具有立体几何特性，且其向着待打印实体的方向紧密有序的排列。
通过上述技术方案，本发明的增材制造用支撑的生成方法及其系统可以根据不同参数设置生成不同支撑结构，可优化支撑结构，继而可大幅减少打印材料的耗费，从而降低了打印成本，同时也达到了支撑效果，支撑结构的点支撑对实体模型打印完成后容易剥离，其造成的伤害较小，从而大幅度提高了打印质量，实现了较好的3D打印效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的生成的打印支撑的结构示意图；
图2为本发明公开的一种增材制造用支撑的生成方法流程示意图；
图3为本发明公开的一种增材制造用支撑系统流程示意图。
图4为本发明实施例1中公开的一种增材制造用支撑结构示意图；
图5为本发明实施例1中公开的一种增材制造用支撑结构透视图；
图6为本发明实施例2中公开的一种增材制造用支撑结构主视图；
图7为本发明实施例3中公开的一种增材制造用支撑结构主视图；
图8为本发明实施例4中公开的一种增材制造用支撑结构主视图；
图9为本发明实施例5中公开的一种增材制造用支撑结构主视图；
图10为本发明实施例6中公开的一种增材制造用支撑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合示意图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明提供了一种增材制造用支撑的生成方法，其包括如下步骤：
S101、根据待打印实体的3D模型的平面数据确定该模型的预置模型；
S102、根据该待打印实体的预置模型的正投影区域确定其支撑区域以及支撑区域与实体相接触的支撑面；
S103、在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序生成支撑结构模型；
S104、对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
S105、根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
如图3所示，本发明的另一个方面，提供了一种增材制造用支撑系统，其包括：
待打印实体的预置模型生成单元201，用于根据待打印实体的3D模型的平面数据，确定预置模型；
支撑区域生成单元202，用于在待打印实体的预置模型的正投影所形成的区域以及用于确定支撑区域接入待打印实体的支撑面；
支撑结构模型生成单元203，用于在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序；
切片平面数据生成单元204，用于对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
打印控制单元205，用于根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
实施例1
如图4、图5所示，本发明实施例1公开的一种增材制造用支撑结构示意图和透视图，支撑模型的点支撑呈齿形，且支撑面上均匀排列的若干个顶点与所述点支撑相配合，待支撑结构模型添加完成后，对实体结构的预置模型和支撑结构模型切片，然后控制3D打印机打印实体结构的预置模型和支撑结构模型，待打印完成后，将支撑结构模型从实体结构模型下方去除。此种支撑结构模型容易与实体结构模型剥离，且对实体结构模型的伤害小，大幅度是提高了零件的打印质量。
实施例2
如图6所示，本发明实施例2公开的一种增材制造用支撑结构主视图，支撑结构的支架支撑呈类似菱形，且其向着待打印实体的方向紧密有序的排列，其点支撑呈齿形，且支撑面上的若干个顶点与所述点支撑相配合，待支撑结构模型添加完成后，对实体结构的预置模型和支撑结构模型切片，然后控制3D打印机打印实体结构的预置模型和支撑结构模型，待打印完成后，将支撑结构模型从实体结构模型下方去除。此种支撑结构不仅能够实现与实体结构模型剥离后伤害程度小，而且镂空设计，对材料的损耗较小，大大降低了打印成本。
实施例3
如图7所示，本发明实施例3公开的一种增材制造用支撑结构主视图，其实施方式与实施例2相同，不同之处在于支撑结构的支架支撑呈菱形，但并不以此为限，其几何形状可以是立体也可以是平面。
实施例4
如图8所示，本发明实施例4公开的一种增材制造用支撑结构主视图，其实施方式与实施例2相同，不同之处在于支撑结构的支架支撑呈长方形，但并不以此为限，其几何形状可以是立体也可以是平面。
实施例5
如图9所示，本发明实施例5公开的一种增材制造用支撑结构主视图，其实施方式与实施例2相同，不同之处在于支撑结构的支架支撑呈正方形，但并不以此为限，其几何形状可以是立体也可以是平面。
实施例6
如图10所示，本发明实施例6公开的一种增材制造用支撑结构主视图，其实施方式与实施例2相同，所述支撑结构由多个与所述实体结构相互接触的多个树枝部和与所述多个树枝部相连接的空心柱状部构成，其中所述空心柱状部的底部横截面呈正方形，所述树枝部包括一个、二个、三个或多个支部，所述支部还包括与支撑面顶点相配合的点支撑，且其呈三角形，所述空心柱状部由向着实体结构建造方向上沿着某一固定角度搭建的若干支架支撑构成，所述若干支架支撑中任意四个支架组成的封闭形状呈类似菱形，任意相邻两个所述空心柱状部的同一面上的支架支撑沿着实体结构建造方向上呈菱形排列。
该增材制造用支撑的生成方法及其系统不仅实现了支撑效果，而且也减少了材料的耗费，大大降低了打印成本，同时，也具有很好的3D打印效果。
所述支撑结构由多个与所述实体结构相互接触的多个树枝部和与所述多个树枝部相连接的空心柱状部构成，其中所述空心柱状部的底部横截面呈正方形，所述树枝部包括一个、二个、三个或多个支部，所述空心柱状部由向着实体结构建造方向上沿着某一固定角度搭建的若干支架构成，所述若干支架中任意四个支架组成的封闭形状呈类似菱形，任意相邻两个所述空心柱状部的同一面上的支架沿着实体结构建造方向上呈菱形排列。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种增材制造用支撑的生成方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)根据待打印实体的3D模型的平面数据确定该模型的预置模型；
2）根据该待打印实体的预置模型的正投影区域确定其支撑区域以及支撑区域与实体相接触的支撑面；
3）在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序生成支撑结构模型；
4）对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
5）根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造用支撑的生成方法，其特征在于，所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
3.根据权利要求2所述的一种增材制造用支撑的生成方法，其特征在于，所述点支撑包括与所述支撑面上的顶点相接触的顶部，所述顶部的横截面呈类似三角形、梯形或齿形。
4.根据权利要求2所述的一种增材制造用支撑的生成方法，其特征在于，所述支架支撑具有立体几何特性，且其向着待打印实体的方向紧密有序的排列。
5.一种增材制造用支撑系统，其特征在于，其包括：
待打印实体的预置模型生成单元，用于根据待打印实体的3D模型的平面数据，确定预置模型；
支撑区域生成单元，用于在待打印实体的预置模型的正投影所形成的区域以及用于确定支撑区域接入待打印实体的支撑面；
支撑结构模型生成单元，用于在支撑区域内，以支撑面上的若干个点为顶点，在支撑面与工作台之间从上到下的顺序；
切片平面数据生成单元，用于对待打印实体的预置模型和支撑结构模型进行切片，获得所有单层的平面数据；
打印控制单元，用于根据所有单层的平面数据，控制3D打印机打印所述待打印实体的预置模型和支撑结构模型。
6.根据权利要求5所述的一种增材制造用支撑系统，其特征在于，所述生成支撑结构还包括：
在支撑区域内将支撑结构模型添加到所述顶点的下方；
调整支撑参数，确定最优支撑结构模型；其中，支撑参数包括控制支撑区域内稀疏的公共支撑参数、设置在工作台上的使得支撑结构模型牢固的基础支撑参数、设置在基础支撑上的支架支撑参数以及设置在支架支撑与顶点间的点支撑参数。
7.根据权利要求6所述的一种增材制造用支撑系统，其特征在于，所述点支撑包括与所述支撑面上的顶点相接触的顶部，所述顶部的横截面呈类似三角形、梯形或齿形。
8.根据权利要求6所述的一种增材制造用支撑系统，其特征在于，所述支架支撑具有立体几何特性，且其向着待打印实体的方向紧密有序的排列。
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