CN109157296A - 一种基于支撑的3d打印零部件id标记方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，按照如下步骤进行：三维模型的摆放，在设计软件中，将实际要求精度要求不高的模型的表面向下摆放，作为悬垂面；在一定立体角范围内微调，软件自动遍历三维模型高度，选择三维模型纵向最低高度的情况作为最终摆放方式；在设计软件中添加标签支撑：添加其他正常支撑；用3D打印机打印出携带标记的零部件。该方法本发明采用支撑图样标记的方法，不仅能够迅速、正确对打印零件进行区分，还具有了传统标记所不具有的优势：无需破坏原零件结构；隐藏在正常支撑之间的间隙中，不会占用额外的成型空间；一次成型，降低了打印材料损耗并降低了打印时间；由于隐藏在正常支撑之间的间隙中，不会额外增加车金和抛光工作量。

Description

一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法

技术领域：

本发明属于义齿加工技术领域，特别涉及一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法。

背景技术：

近年来增材制造（又名3D打印）在各行各业的应用快速发展，具有以下特点：使用层层累积材料的制造方式，节省材料；无须额外设计模具，迭代速度快；可制造传统加工无法制造的三维结构，如多孔结构模型等。因此在个性化医疗、航天航空、首饰加工等领域均有巨大的市场潜力。

3D打印服务中心（如3D打印义齿加工厂）每天会收到客户大量的3D模型数据，从生产效率和成本角度考虑，一次打印过程中需要将尽可能多的3D模型数据加入到成形区域，因此成形区域内可能存在多个产品的零部件或者单一产品的不同零部件。若不对这些零部件进行标记，工作人员在去支撑过程中（线切割或者锯床切割）容易将形状类似的产品弄混，工作人员需要额外付出时间成本对这些未标记的产品进行分拣，分拣过程中还存在错漏的可能。为了解决上述问题，拟采用一种基于产品ID信息的异型支撑的标记方法。添加支撑在大多数3D打印技术过程中能起到支持、减少应力形变的作用，是不可或缺的步骤。这种基于支撑的零部件标记方法具有不破坏原零件结构、不额外占用成形空间、不增加材料损耗、不额外增加打印时间的优点。

现在有两种主流的传统技术方案：

1.例如图1的1，平行紧贴零件表面打印凸起标记或者凹陷标记。

2.例如图1的2，沿着零件实体表面法线方向制造金属杆，末端连接片状标记牌。

这两种方案或者说是传统技术方案的缺点：

1. 两种方案都较大的改变了原零件实体（图1中的3）的结构，影响了打印产品的结构和尺寸精度；

2. 两种方案都增加打印材料使用量，增加了打印时间成本。

方案1缺点：

1. 凸起标记会增加工作人员的车金和抛光工作量；

2. 凹陷标记改变了原零件的结构，仅限适用于对局部结构不敏感的产品。

方案2缺点：

1. 去除金属杆的过程中原有表面可能会遭受破坏；

2. 添加金属杆的位置选择受到零件空间条件的约束（如表面曲率不能太高；表面空间足够大）；

3. 额外占用成形空间，往往会影响排版空间的利用效率。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，按照如下步骤进行：

S1，三维模型的摆放，在设计软件中，进行以下操作：将实际要求精度要求不高的模型的表面向下摆放，作为悬垂面；在一定立体角范围内微调，软件自动遍历三维模型高度，选择三维模型纵向最低高度的情况作为最终摆放方式；

S2，在设计软件中添加标签支撑：

S2.1，片状支撑外形设计，从底面正视截面为特定符号/图案的结构；

S2.2，计算需要添加标签支撑的包围盒；

S2.3，标签的添加位置：根据计算获得标签添加位置；

S3，添加其他正常支撑

S4，用3D打印机打印出携带标记的零部件。

本发明进一步限定的技术方案为：

优选地，上述技术方案中，步骤S2.3具体为：

S2.3.1计算模型在此摆放方式下的xy平面投影和在此摆放方式下的高斯曲率在xy平面的投影

S2.3.2通过计算判断标签包围盒能否排版进入此xy平面投影

S2.3.3如果不能排版进入：将标签的长和宽尺寸减少为原来的a倍，并回到S2.3.1；

如果标签包围盒能够排版进入xy平面投影，则进入步骤S2.3.4

S2.3.4计算所有排版可能性中，标签包围盒内高斯曲率绝对值的面积积分最小的方案。

优选地，上述技术方案中，步骤S2.3具体为：

S2.3.1计算模型在此摆放方式下的xy平面投影和在此摆放方式下的高斯曲率在xy平面的投影；

S2.3.2对模型在此摆放方式下的xy平面投影进行计算，获得到投影轮廓欧氏距离最远的点，并获得最远欧式距离r,以这些点为圆心画圆，欧式距离r为半径的圆即为可排版的区域，将这些圆进行求并操作，获得的求并结果即为可排版区域；

S2.3.3判断2r是否大于标签对角线长，如果2r小于标签对角线长：将标签尺寸减少为原来的a倍，如果2r大于标签对角线长：标签尺寸保持不变；

S2.3.4在可排版区域内，计算所有排版可能性中，标签包围盒内高斯曲率绝对值的面积积分最小的方案。

优选地，上述技术方案中，步骤S2也可以由该方案替换，利用设计软件添加正常的柱状支撑，柱状支撑呈现点阵形态；按照预设原则在正常的柱状支撑点阵之间添加连接部分，形成带有ID信息的标签支撑。

优选地，上述技术方案中，还包括支撑识别方案：打印完成后，利用线切割等切割工具从成型基台上分离支撑，双目从零件底部正视ID支撑，根据支撑ID形状信息进行分检。

优选地，上述技术方案中，还包括支撑去除和后处理方案：携带ID信息的支撑的去除与普通支撑一样：用尖嘴钳夹等类似工具去除即可；

携带ID信息的支撑残余部位的车金和抛光与普通支撑一样。

优选地，上述技术方案中，特定符号/图案为数字或字母。

优选地，上述技术方案中，步骤S1中，立体角范围为顶角为30°的圆锥的立体角范围内。

优选地，上述技术方案中，设计软件为CAD设计软件、P3DS切片软件或者其他业内常规的设计软件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

实现了本发明采用支撑图样标记的方法，不仅能够迅速、正确对打印零件进行区分，还具有了传统标记所不具有的优势：

1、 无需破坏原零件结构；

2、 隐藏在正常支撑之间的间隙中，不会占用额外的成型空间；

3、 一次成型，降低了打印材料损耗并降低了打印时间；

4、 由于隐藏在正常支撑之间的间隙中，不会额外增加车金和抛光工作量。

附图说明：

图1为两种传统标记的示意图；

图2为第一类带有ID信息的标签支撑的示意图；

图3 第二类带有ID信息的标签支撑的示意图。

图中：1：平行紧贴零件表面打印凸起标记或者凹陷标记。2：沿着零件表面法线方向制造金属杆，末端连接片状标记牌。3：普通支撑。4：打印实体。5：第一类带有ID信息的标签支撑。6：第二类依附于正常支撑的带有ID信息的标签支撑。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

以第一类带有ID信息的标签支撑为例，具体实施步骤如下：

1、将牙冠的三维STL模型的自动导入本公司的P3DS切片软件中，将实际要求精度要求不高的牙冠咬合面向下摆放（将向上定义为z轴正方向），作为悬垂面。

2、在顶角为30°的圆锥的立体角范围内以一定的步长自动遍历，选择三维模型z轴方向最低高度的情况作为最终摆放方式。

3、在公司的P3DS切片软件中对所有零件进行ID信息自动编号，编号规则按照“加工厂”+“数字”的形式，不同的加工厂使用a、b、c、d等字母区分，同一加工厂的不同零件使用1、2、3、4，...,10，11...等数字区分，字母和数字的形式参考11段数码管。

4、计算需要添加ID信息标签支撑的包围盒，在P3DS中，对于一个n位的标签（解释：“12”就是一个长度为2的标签，“abc”就是一个长度为3的标签），标签的包围盒尺寸的初始设置，宽：1.2 mm*n+0.2 mm*（n-1），高：2.6 mm，其中1.2 mm为一个字符的宽度，0.2 mm为相邻字符之间的间距，2.6 mm为一个字符的高度）。

5、P3DS自动计算ID标签的添加位置：

5-1对模型在此摆放方式下的xy平面投影进行计算，利用形态学腐蚀算法获得到投影轮廓欧氏距离最远的点，并获得最远欧式距离r。以这些点为圆心，欧式距离r为半径的圆即为可排版的区域，将这些圆进行求并操作，获得的求并结果即为可排版区域。

5-2判断2r是否大于标签对角线长。

a)如果2r小于标签对角线长：将标签尺寸减少为原来的a倍（a=标签对角线长/(2r)）。

b)如果2r大于标签对角线长：标签尺寸保持不变。

5-3在可排版区域内，计算所有排版可能性中，标签包围盒内高斯曲率绝对值的面积积分最小的方案。

6、添加其他正常支撑。

7、使用P3DS切片软件将STL文件进行切片处理，输出本公司3D打印设备TR150能读取的格式。

8、TR150读入切片数据进行打印。

9、将打印产品进行热处理消除应力。

10、将打印产品使用线切割机进行切割，从成形基台上取下带有支撑的产品，根据带有信息的支撑ID对各加工厂的牙冠进行分拣，每个牙冠放入带有标签的塑料小袋中，将同一加工厂的所有塑料小袋放入同一塑料大袋中。

11、将所有打印好的产品发还给各加工厂，他们自行完成支撑去除和车金抛光等后处理操作。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，按照如下步骤进行：

S1，三维模型的摆放，在设计软件中，进行以下操作：将实际要求精度要求不高的模型的表面向下摆放，作为悬垂面；在一定立体角范围内微调，软件自动遍历三维模型高度，选择三维模型纵向最低高度的情况作为最终摆放方式；

S2，在设计软件中添加标签支撑：

S2.1，片状支撑外形设计，从底面正视截面为特定符号/图案的结构；

S2.2，计算需要添加标签支撑的包围盒；

S2.3，标签的添加位置：根据计算获得标签添加位置；

S3，添加其他正常支撑；

S4，用3D打印机打印出携带标记的零部件。

2.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：步骤S2.3具体为：

S2.3.1计算模型在此摆放方式下的xy平面投影和在此摆放方式下的高斯曲率在xy平面的投影

S2.3.2通过计算判断标签包围盒能否排版进入此xy平面投影

S2.3.3如果不能排版进入：将标签的长和宽尺寸减少为原来的a倍，并回到S2.3.1；

如果标签包围盒能够排版进入xy平面投影，则进入步骤S2.3.4

S2.3.4计算所有排版可能性中，标签包围盒内高斯曲率绝对值的面积积分最小的方案。

3.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：步骤S2.3具体为：

S2.3.1计算模型在此摆放方式下的xy平面投影和在此摆放方式下的高斯曲率在xy平面的投影；

S2.3.2对模型在此摆放方式下的xy平面投影进行计算，获得到投影轮廓欧氏距离最远的点，并获得最远欧式距离r,以这些点为圆心画圆，欧式距离r为半径的圆即为可排版的区域，将这些圆进行求并操作，获得的求并结果即为可排版区域；

S2.3.3判断2r是否大于标签对角线长，如果2r小于标签对角线长：将标签尺寸减少为原来的a倍，如果2r大于标签对角线长：标签尺寸保持不变；

S2.3.4在可排版区域内，计算所有排版可能性中，标签包围盒内高斯曲率绝对值的面积积分最小的方案。

4.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：步骤S2也可以由该方案替换，利用设计软件添加正常的柱状支撑，柱状支撑呈现点阵形态；按照预设原则在正常的柱状支撑点阵之间添加连接部分，形成带有ID信息的标签支撑。

5.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：还包括支撑识别方案：打印完成后，利用线切割等切割工具从成型基台上分离支撑，双目从零件底部正视ID支撑，根据支撑ID形状信息进行分检。

6.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：还包括支撑去除和后处理方案：携带ID信息的支撑的去除与普通支撑一样：用尖嘴钳夹等类似工具去除即可；

携带ID信息的支撑残余部位的车金和抛光与普通支撑一样。

7.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：特定符号/图案为数字或字母。

8.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：步骤S1中，立体角范围为顶角为30°的圆锥的立体角范围内。

9.根据权利要求1所述的基于支撑的3D打印零部件ID标记方法，其特征在于：设计软件为CAD设计软件、P3DS切片软件或者其他业内常规的设计软件。