CN105965887A - 基于选择性抑制烧结技术的3d模型支撑结构算法实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于选择性抑制烧结技术的3D模型支撑结构算法实现方法，包括以下步骤：a，获取模型的数字文件并将其转换为标准的STL格式的文件；b，对于获得的STL格式的文件进行编号；c，从Z值最大点所属的三角形片开始进行支撑计算；d，对于的切平面进行重复c1到c4的工作，获取封闭曲线；e，重复c和d，直到切片平面达到模型的底部；f，对于每一个支撑点，从其开始层到结束层连接起来，则为一条Z方向的线段，以该线段为轴，半径r为中心，则生成所需要的支撑柱。本发明中支撑区域因为在烧结中会完全被抑制，保证疏松粉末的特性，而抑制剂的作用使得与零件接触区域的剥离损伤尽可能小，从而减小后处理的需求。

Description

基于选择性抑制烧结技术的3D模型支撑结构算法实现方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体地说，它是一种基于选择性抑制烧结技术的3D模型支撑结构算法实现方法。

背景技术

现有的3D模型算法实现方法所生成的支撑结构与零件具有相同的特性，使用同种或者不同的材料进行填充或者熔化等实现支撑的效果，上述3D模型算法实现方法粉末消耗大，打印成本高。

因此，现有技术有待于改进和提高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种粉末消耗少、支撑分离简单的基于选择性抑制烧结技术的3D模型结构算法实现方法。

选择性抑制烧结技术选择地将抑制剂喷射在粉末层面，借助于后期烧结过程来提高坯件的强度。粉末材料包括聚合物、陶瓷或金属。

一种基于选择性抑制烧结技术的3D模型支撑结构算法实现方法，包括以下步骤：

a，获取模型的数字文件并将其转换为标准的STL格式的文件；

b，对于获得的STL格式的文件；

b1，读取STL格式的文件，顺序存储所有的三角形片，并进行编号；第个三角形片信息为：{}；

b2，从排序好的三角形片中顺序读取三角形片中的边，对于某个三角形片，如果边尚未被记录，则顺序记录在边的集合中，同时记录该边所属的三角形片的编号；如果该边已经被记录，则查看当前的三角形片是否被记录在该边的集合中，如果没有该边所对应的当前三角形片的编号；遍历所有三角形片，直到所有的边被存储起来；

b3，从排序好的三角形片中顺序的读取三角形片的点，对于某个三角形片，如果点没有被记录，则将该点记录在点集中，同时记录该点所属的的三角形片的编号，以及该点所属的所有的边的编号，否则跳过该点；

不失一般性的情况下，选择Z方向为分层方向；在分层开始之前，选择点集中Z方向的最大值和最小值{}，其差值，按照点i层的层厚，模型的层数为N，与层厚有以下的关系：；

从最高的点开始计算，Z方向第个切面的Z坐标值为：；

c，从Z值最大点所属的三角形片开始进行支撑计算，计算步骤如下：

c1，Z方向的单位向量标记为，计算Z方向切片与三角形片的交点；切片片段的方向由切片方向和当前三角形片的单位方向量的矢量叉乘确定，该顺序方向为；

c2，如果该三角形片的3个顶点的Z值都与切片Z值相等，则该三角形片为上表面或者下表面；如果该三角形片中2个顶点与切片Z值相等，则直接选取这两点的连线作为切片线段；如果该三角形片中3个顶点的Z值都不同，最大、最小的值，如果该层切平面，则该切平面有两个交点，分别标记这两点为P、Q（P为该三角形片内Z值最大的点）；交点的计算方式为：

；

三角形片的另外一个点标记为R，则交点为：

；

c3，如果该三角形片的一个顶点与Z值相等，而另外的都大于或者小于Z值，则寻找该点所属的所有三角形片，并任意选择一个三角形片进行c1和c2的判断；否则前进到c4；

c4，以此计算出所有与平面相交的三角形片的切片片段，并且顺序连接；如果模型为封闭模型，则顺序连接交点形成封闭的曲线；如果该模型有多层轮廓，则所有三角形片走完成生成曲线；

c5，当前切片片段所在三角形片法线与Z向单位矢量的点积为：；对于悬空的结构，只有当悬空角度超过一定值的时候，才有必有进行支撑；该标准值对于不同的材料和工具，具有不同的数值（）；

当时，需要添加支撑，否则认为当前三角形片不需要支撑；

对于当前三角形片上所在的切片片段和，按照设定的距离，在这条交线上，需要的支撑点数为：；点的坐标为：(k从0到)；

c6，对所生成的曲线上所有的切片片段进行c5的操作，获取所有的支撑点，并将支撑点添加到点集N中；

d，对于的切平面进行重复c1到c4的工作，获取封闭曲线；

d1，判断点集N中的点是否在当前层片的曲线集的顶点，如果是，则该点对应的支撑到该层结束，在支撑点上进行标记；否则，查看是否该点在对应的切片片段上，如果是，则该点对应的支撑该层结束，在支撑点是标记；否则，查看该点是否在有封闭曲线围成的封闭曲面内，如果是，则该点对应的支持点结束；否则标记该点在没有结束；

d2，对N中所有没有结束的点按照d1进行判断，对于结束的进行标记；

d3，对于封闭曲线…中所有的切片片段按照d5进行计算，计算产生所有新的支撑点，并加入点集N，将所有新的点标记起来；

e，重复c和d，直到切片平面达到模型的底部；

f，对于每一个支撑点，从其开始层到结束层连接起来，则为一条Z方向的线段，以该线段为轴，半径r为中心，则生成所需要的支撑柱。

本发明从所需打印零件的数字化文件出发，根据所使用的粉末材料和抑制剂材料，以及所用的打印机喷头参数，定制化的生产打印文件；在打印过程中，抑制剂和粘结剂会将坯体的粉末封存在抑制剂所形成的封闭体内，因而打印过程中坯件之外的粉末可以分离并被回收，从而减少粉末的消耗，降低打印成本。

附图说明

附图1为本发明实施例待打印的零件示意图；

附图2为本发明实施例待打印的零件立体示意图；

附图3为本发明实施例待打印的零件支撑结构算法时示意图一；

附图4为本发明实施例待打印的零件支撑结构算法时示意图二；

附图5为本发明本发明实施例待打印的零件生成的制成结构示意图一；

附图6为本发明本发明实施例待打印的零件生成的制成结构示意图二。

具体实施方式

下面给出实施例对本发明作进一步的详细说明：

实例1：

请参看图1和图2，图中所示的为所需3D打印的具有悬空结构的零件，所选择的工艺参数所对应的；

请参看图3和图4，在算法从上至下进行支撑计算时，在遇到以下被红色标明的面的三角片时，，这些层面会生成支撑；在绿色区域，有，因而判定无需支撑。

对于标志为0区域的支撑，支撑从上表面起，而至于下表面，都在零件内部；对于3表面的支持，支撑起始于上表面，终止于成形底板；

对于1表面，部分支撑起始于面1，终止于面5，另有部分支撑终止于底板；对于4表面，成形起始于面4，终止于底板，因为支撑从上向下计算，因而面4的支撑并不收到面1支撑的影响。

请参看图5和图6，生成的支撑结构为下图中黑色区域：

面1的支撑在向下延伸中终止于面5，而面4的支撑向下重新开始计算并延伸至底板。

本发明中支撑区域因为在烧结中会完全被抑制，保证疏松粉末的特性，因而支撑区域的生成过程中更多的考虑了零件的精度控制，而抑制剂的作用使得与零件接触区域的剥离损伤尽可能小，从而减小后处理的需求，同时大量支撑柱有效地起到了支撑作用，保证零件烧结过程的精度。

Claims (1)

1.一种基于选择性抑制烧结技术的3D模型支撑结构算法实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

a，获取模型的数字文件并将其转换为标准的STL格式的文件；

b，对于获得的STL格式的文件，

a，获取模型的数字文件并将其转换为标准的STL格式的文件；

b，对于获得的STL格式的文件；

b1，读取STL格式的文件，顺序存储所有的三角形片，并进行编号；第个三角形片信息为：{}；

b2，从排序好的三角形片中顺序读取三角形片中的边，对于某个三角形片，如果边尚未被记录，则顺序记录在边的集合中，同时记录该边所属的三角形片的编号；如果该边已经被记录，则查看当前的三角形片是否被记录在该边的集合中，如果没有该边所对应的当前三角形片的编号；遍历所有三角形片，直到所有的边被存储起来；

b3，从排序好的三角形片中顺序的读取三角形片的点，对于某个三角形片，如果点没有被记录，则将该点记录在点集中，同时记录该点所属的的三角形片的编号，以及该点所属的所有的边的编号，否则跳过该点；

不失一般性的情况下，选择Z方向为分层方向；在分层开始之前，选择点集中Z方向的最大值和最小值{}，其差值，按照点i层的层厚，模型的层数为N，与层厚有以下的关系：；

从最高的点开始计算，Z方向第个切面的Z坐标值为：；

c，从Z值最大点所属的三角形片开始进行支撑计算，计算步骤如下：

c1，Z方向的单位向量标记为，计算Z方向切片与三角形片的交点；切片片段的方向由切片方向和当前三角形片的单位方向量的矢量叉乘确定，该顺序方向为；

c2，如果该三角形片的3个顶点的Z值都与切片Z值相等，则该三角形片为上表面或者下表面；如果该三角形片中2个顶点与切片Z值相等，则直接选取这两点的连线作为切片线段；如果该三角形片中3个顶点的Z值都不同，最大、最小的值，如果该层切平面，则该切平面有两个交点，分别标记这两点为P、Q（P为该三角形片内Z值最大的点）；交点的计算方式为：

；

三角形片的另外一个点标记为R，则交点为：

；

c3，如果该三角形片的一个顶点与Z值相等，而另外的都大于或者小于Z值，则寻找该点所属的所有三角形片，并任意选择一个三角形片进行c1和c2的判断；否则前进到c4；

c4，以此计算出所有与平面相交的三角形片的切片片段，并且顺序连接；如果模型为封闭模型，则顺序连接交点形成封闭的曲线；如果该模型有多层轮廓，则所有三角形片走完成生成曲线；

c5，当前切片片段所在三角形片法线与Z向单位矢量的点积为：；对于悬空的结构，只有当悬空角度超过一定值的时候，才有必有进行支撑；该标准值对于不同的材料和工具，具有不同的数值（）；

当时，需要添加支撑，否则认为当前三角形片不需要支撑；

对于当前三角形片上所在的切片片段和，按照设定的距离，在这条交线上，需要的支撑点数为：；点的坐标为：(k从0到)；

c6，对所生成的曲线上所有的切片片段进行c5的操作，获取所有的支撑点，并将支撑点添加到点集N中；

d，对于的切平面进行重复c1到c4的工作，获取封闭曲线；

d1，判断点集N中的点是否在当前层片的曲线集的顶点，如果是，则该点对应的支撑到该层结束，在支撑点上进行标记；否则，查看是否该点在对应的切片片段上，如果是，则该点对应的支撑该层结束，在支撑点是标记；否则，查看该点是否在有封闭曲线围成的封闭曲面内，如果是，则该点对应的支持点结束；否则标记该点在没有结束；

d2，对N中所有没有结束的点按照d1进行判断，对于结束的进行标记；

d3，对于封闭曲线…中所有的切片片段按照d5进行计算，计算产生所有新的支撑点，并加入点集N，将所有新的点标记起来；

e，重复c和d，直到切片平面达到模型的底部；

f，对于每一个支撑点，从其开始层到结束层连接起来，则为一条Z方向的线段，以该线段为轴，半径r为中心，则生成所需要的支撑柱。