CN111036898B - 3d打印义齿支架的支撑生成方法 - Google Patents

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Abstract

一种3D打印义齿支架的支撑生成方法，包括如下步骤：S1：导入需要生成支撑的模型，对模型在xy平面进行投影，在模型的平面投影范围内生成基杆阵列，该基杆竖直设置；S2：在相邻基杆之间通过横梁进行连接，该横梁水平设置；S3：在模型上设定有待支撑部，从基杆和横梁上倾斜生成有支撑杆，该支撑杆对所述待支撑部提供支持；S4：对基杆和横梁上密集的支撑杆进行剪枝。支撑在对模型精细部位提供重点支持的情况下,较大限度地减少与模型的不必要接触,保证了模型自身成型效果,同时方便去除,去除支撑不会再次影响模型形状。

Description

3D打印义齿支架的支撑生成方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体涉及3D打印义齿支架的支撑生成方法。
背景技术
在3D打印领域中，现有的义齿支架的支撑方式消耗金属粉末较多,打印成本高。现有支撑设计方案通常只对模型提供竖直方向的支持,缺少水平方向拉力,易发生水平方向的形变。同时，由于义齿支架模型复杂,精细部位较多,既要求支撑有足够数量和强度,同时要求支撑易去除。采用传统的设计方案设计的义齿支撑架难以满足以上要求，因此，为了解决提出的问题，需要提供一种新的用于义齿支架支撑的生成方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出3D打印义齿支架的支撑生成方法，具体技术方案如下：
一种3D打印义齿支架的支撑生成方法，其特征在于：
包括如下步骤：
S1：导入需要生成支撑的模型，对模型在xy平面进行投影，在模型的平面投影范围内生成基杆阵列，该基杆竖直设置；
S2：在相邻基杆之间通过横梁进行连接，该横梁水平设置；
S3：在模型上设定有待支撑部，从基杆和横梁上倾斜生成有支撑杆，该支撑杆对所述待支撑部提供支持；
S4：对基杆和横梁上密集的支撑杆进行剪枝。
为更好的实现本方案，进一步地：所述S1包括如下步骤：
S11：导入需要生成支撑的模型，读取该模型的三角面片，生成模型的最小包围盒；
S12：将包围盒在xy平面进行投影，得到模型投影范围，对模型投影范围进行栅格化；
取得模型在每个栅格对应的最小高度，得到带高度的模型投影位图S；
S13：在模型投影范围内选取栅格组成方阵；
S14：从组成该方阵的栅格中生成基杆，该基杆的长度为该栅格对应的最小高度。
进一步地：所述S2包括如下步骤：
S21：相邻基杆之间通过横梁进行连接，所述横梁包括两个直角梯形片，所述横梁本身高度为h，直角梯形片的倾斜角为alpha；
S22：确定相邻两个基杆之间的每层横梁高度，每层横梁高度按照H＝n*h，n＝1、2、3……；
S23：若横梁高度H小于基杆和相邻基杆的高度，则添加两个三角片将两基杆连接起来。
进一步地：所述S3包括如下步骤：
S31：在模型上设定有待支撑部，在基杆和横梁上倾斜向外生长有支撑杆，确定支撑杆的倾斜角beta；
S32：设置有待支撑点集V，通过带高度的模型投影位图S，得到模型上的极低点，将模型上的极低点加入到待支撑点集V中，所述极低点定义为，一个点低于所有与它关联的点；
S33：将每四个基杆及其相连接横梁组成的方格划分为9个子区域，在每个区域内选取模型在该区域对应的最低点，将所有最低点加入到待支撑点集V中；
S34：以模型投影位图S为基础，提取出模型外轮廓线，在外轮廓线上等距离选取点作为模型边缘支撑点，将该边缘支撑点加入到待支撑点集V中；
S35：对待支撑点集V中的每个待支撑点，从横梁或者基杆上选定生长点，从该生长点倾斜生长出到该待支撑点的支撑杆，该支撑杆的倾斜角为beta；
S36：若横梁或基杆高度不能满足支撑杆的倾斜角beta，则生长点下移一层横梁；
如果直到下移到最下层横梁均不能满足倾斜角beta，则从底板上直接生长到该待支撑点的竖直支撑杆。
进一步地：所述S4包括如下步骤：
S41：设定支撑领域范围半径阈值r；
S42：依次判断各支撑杆与相邻支撑杆的距离关系,若有距离小于r，则按支撑点位优先级排序，去除优先级较低的点位上的支撑，所述待支撑点的优先级排序为，极低点>区域最低点>边缘点。
进一步地：所述S34中外轮廓线提取包括如下步骤：
S341：遍历投影位图s中的所有点，若一个点不是上下左右四个方向都有相邻点，则将其加入边缘点集V1；
S342：边缘点集V1中的点分别设置为三种标记：未探索点，外轮廓点，非外轮廓点；
初始将所有点都标记为未探索点，设定最小探索步数min_step为10，使用栈Stack记录外轮廓提取结果；
S343：取边缘点集V1中x值最小的一个点记录为搜索起点，同时将其作为当前点，开始搜索；
S344：在当前点的四连通区域寻找相邻点：
S3441：如果找到了标记是未探索点的相邻点，则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并将相邻点作为当前点，探索步数增加，回到S344；
S3442：如果没找到未探索点，且当前探索步数大于min_step，且搜索起点位于四连通区域，进入S3443，否则，进入S3444；
S3443：则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并结束搜索，进入S345中；
S3444：将当前点标记为非外轮廓点，从栈Stack中弹出栈顶点作为新当前点，探索步数减一，回到S344；
S345：当没有未探索点或满足外轮廓线闭合时，搜索结束，栈Stack中的点即组成外轮廓线。
本发明的有益效果为：第一，一体化的结构性支撑能对模型提供更全方位的支持。
第二，桁架式镂空设计,既稳固又轻巧,降低了用于打印支撑的材料成本。
第三，支撑在对模型精细部位提供重点支持的情况下,较大限度地减少与模型的不必要接触,保证了模型自身成型效果,同时方便去除,去除支撑不会再次影响模型形状。
第四，对支撑的剪枝和退让,使得打印过程不会发生重熔等现象,避免了打印过程中烧结实体凸起而对打印机造成的损害,延长了机器零部件使用寿命。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明生成结构第一示意图；
图3为本发明生成结构第二示意图；
图4为图3的俯视图；
图中附图编号说明为，基杆1、横梁2、支撑架3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示：一种3D打印义齿支架的支撑生成方法，包括如下步骤：
S1：导入需要生成支撑的模型，对模型在xy平面进行投影，在模型的平面投影范围内生成基杆阵列，该基杆竖直设置；
其中，在本实施例中，所述S1包括如下步骤：
S11：导入需要生成支撑的模型，读取该模型的三角面片，生成模型的最小包围盒；
S12：将包围盒在xy平面进行投影，得到模型投影范围，对模型投影范围进行栅格化；
取得模型在每个栅格对应的最小高度，得到带高度的模型投影位图S；
S13：在模型投影范围内选取栅格组成方阵；
S14：从组成该方阵的栅格中生成基杆，该基杆的长度为该栅格对应的最小高度。
S2：在相邻基杆之间通过横梁进行连接，该横梁水平设置；
在本实施例中，所述S2包括如下步骤：
S21：相邻基杆之间通过横梁进行连接，所述横梁包括两个直角梯形片，所述横梁本身高度为h，直角梯形片的倾斜角为alpha，其中，h和alpha用来描述直角梯形，是算法的输入量，可以在具体的工艺适配实验中调整。
S22：确定相邻两个基杆之间的每层横梁高度，每层横梁高度按照H＝n*h，n＝1、2、3……；
S23：若横梁高度H小于基杆和相邻基杆的高度，则添加上述两个直角梯形片将两基杆连接起来。
S3：在模型上设定有待支撑部，从基杆和横梁上倾斜生成有支撑杆，该支撑杆对所述待支撑部提供支持；
在本实施例中，所述S3包括如下步骤：
S31：在模型上设定有待支撑部，在基杆和横梁上倾斜向外生长有支撑杆，确定支撑杆的倾斜角beta；
S32：设置有待支撑点集V，通过带高度的模型投影位图S，得到模型上的极低点，将模型上的极低点加入到待支撑点集V中，所述极低点定义为，一个点低于所有与它关联的点；
S33：将每四个基杆及其相连接横梁组成的方格划分为9个子区域，在每个区域内选取模型在该区域对应的最低点，将所有最低点加入到待支撑点集V中；
S34：以模型投影位图S为基础，提取出模型外轮廓线，在外轮廓线上等距离选取点作为模型边缘支撑点，将该边缘支撑点加入到待支撑点集V中；
S35：对待支撑点集V中的每个待支撑点，从横梁或者基杆上选定生长点，从该生长点倾斜生长出到该待支撑点的支撑杆，该支撑杆的倾斜角为beta；
S36：若横梁或基杆高度不能满足支撑杆的倾斜角beta，则生长点下移一层横梁，其中倾斜角beta为算法输入值,不同的设备和材料不一样,需要实验确定,一般采用beta<45°；
如果直到下移到最下层横梁均不能满足倾斜角beta，则从底板上直接生长到该待支撑点的竖直支撑杆。
其中，在本实施例中，所述S34中外轮廓线提取包括如下步骤：
S341：遍历投影位图s中的所有点，若一个点不是上下左右四个方向都有相邻点，则将其加入边缘点集V1；
S342：边缘点集V1中的点分别设置为三种标记：未探索点，外轮廓点，非外轮廓点；
初始将所有点都标记为未探索点，设定最小探索步数min_step为10，使用栈Stack记录外轮廓提取结果；
S343：取边缘点集V1中x值最小的一个点记录为搜索起点，同时将其作为当前点，开始搜索；
S344：在当前点的四连通区域寻找相邻点：
S3441：如果找到了标记是未探索点的相邻点，则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并将相邻点作为当前点，探索步数增加，回到S344；
S3442：如果没找到未探索点，且当前探索步数大于min_step，且搜索起点位于四连通区域，进入S3443，否则，进入S3444；
S3443：则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并结束搜索，进入S345中；
S3444：将当前点标记为非外轮廓点，从栈Stack中弹出栈顶点作为新当前点，探索步数减一，回到S344；
S345：当没有未探索点或满足外轮廓线闭合时，搜索结束，栈Stack中的点即组成外轮廓线。
S4：对基杆和横梁上密集的支撑杆进行剪枝。
在本实施例中，所述S4包括如下步骤：
S41：设定支撑领域范围半径阈值r；
S42：依次判断各支撑杆与相邻支撑杆的距离关系,若有距离小于r,则按支撑点位优先级排序,去除优先级较低的点位上的支撑，所述待支撑点的优先级排序为，极低点>区域最低点>边缘点。

Claims (4)

1.一种3D打印义齿支架的支撑生成方法，其特征在于：
包括如下步骤：
S1：导入需要生成支撑的模型，对模型在xy平面进行投影，在模型的平面投影范围内生成基杆阵列，该基杆竖直设置；
S2：在相邻基杆之间通过横梁进行连接，该横梁水平设置；
S3：在模型上设定有待支撑部，从基杆和横梁上倾斜生成有支撑杆，该支撑杆对所述待支撑部提供支持；
S4：对基杆和横梁上密集的支撑杆进行剪枝；
所述S1包括如下步骤：
S11：导入需要生成支撑的模型，读取该模型的三角面片，生成模型的最小包围盒；
S12：将包围盒在xy平面进行投影，得到模型投影范围，对模型投影范围进行栅格化；
取得模型在每个栅格对应的最小高度，得到带高度的模型投影位图S；
S13：在模型投影范围内选取栅格组成方阵；
S14：从组成该方阵的栅格中生成基杆，该基杆的长度为该栅格对应的最小高度；
所述S2包括如下步骤：
S21：相邻基杆之间通过横梁进行连接，所述横梁包括两个直角梯形片，所述横梁本身高度为h，直角梯形片的倾斜角为alpha；
S22：确定相邻两个基杆之间的每层横梁高度，每层横梁高度按照H＝n*h，n＝1、2、3……；
S23：若横梁高度H小于基杆和相邻基杆的高度，则添加上述两个直角梯形片将两基杆连接起来。
2.根据权利要求1所述3D打印义齿支架的支撑生成方法，其特征在于：所述S3包括如下步骤：
S31：在模型上设定有待支撑部，在基杆和横梁上倾斜向外生长有支撑杆，确定支撑杆的倾斜角beta；
S32：设置有待支撑点集V，通过带高度的模型投影位图S，得到模型上的极低点，将模型上的极低点加入到待支撑点集V中，所述极低点定义为，一个点低于所有与它关联的点；
S33：将每四个基杆及其相连接横梁组成的方格划分为9个子区域，在每个区域内选取模型在该区域对应的最低点，将所有最低点加入到待支撑点集V中；
S34：以模型投影位图S为基础，提取出模型外轮廓线，在外轮廓线上等距离选取点作为模型边缘支撑点，将该边缘支撑点加入到待支撑点集V中；
S35：对待支撑点集V中的每个待支撑点，从横梁或者基杆上选定生长点，从该生长点倾斜生长出到该待支撑点的支撑杆，该支撑杆的倾斜角为beta；
S36：若横梁或基杆高度不能满足支撑杆的倾斜角beta，则生长点下移一层横梁；
如果直到下移到最下层横梁均不能满足倾斜角beta，则从底板上直接生长到该待支撑点的竖直支撑杆。
3.根据权利要求2所述3D打印义齿支架的支撑生成方法，其特征在于：所述S4包括如下步骤：
S41：设定支撑领域范围半径阈值r；
S42：依次判断各支撑杆与相邻支撑杆的距离关系,若有距离小于r，则按支撑点位优先级排序，去除优先级较低的点位上的支撑，所述待支撑点的优先级排序为，极低点>区域最低点>边缘点。
4.根据权利要求3所述3D打印义齿支架的支撑生成方法，其特征在于：
所述S34中外轮廓线提取包括如下步骤：
S341：遍历投影位图S中的所有点，若一个点不是上下左右四个方向都有相邻点，则将其加入边缘点集V1；
S342：边缘点集V1中的点分别设置为三种标记：未探索点，外轮廓点，非外轮廓点；
初始将所有点都标记为未探索点，设定最小探索步数min_step为10，使用栈Stack记录外轮廓提取结果；
S343：取边缘点集V1中x值最小的一个点记录为搜索起点，同时将其作为当前点，开始搜索；
S344：在当前点的四连通区域寻找相邻点：
S3441：如果找到了标记是未探索点的相邻点，则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并将相邻点作为当前点，探索步数增加，回到S344；
S3442：如果没找到未探索点，且当前探索步数大于min_step，且搜索起点位于四连通区域，进入S3443，否则，进入S3444；
S3443：则将当前点标记为外轮廓点，压入栈Stack，并结束搜索，进入S345中；
S3444：将当前点标记为非外轮廓点，从栈Stack中弹出栈顶点作为新当前点，探索步数减一，回到S344；
S345：当没有未探索点或满足外轮廓线闭合时，搜索结束，栈Stack中的点即组成外轮廓线。
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