CN113414412A - 一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，该确定方法包括：S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；S2：根据所述投影区域确定预设支撑点；S3：将所述预设支撑点反投影至所述悬臂区域，且所述预设支撑点在所述悬臂区域的反投影设置为目标点；S4：根据所述目标点的坐标建立目标函数，如所述目标函数收敛则所述预设支撑点为实际支撑点。该悬垂结构的支撑点确定方法能够较好地选定以及优化支撑点，从而避免支撑点冗余的现象发生，提升了支撑点的支撑效率，缩小了支撑结构的体积，提升了制造效率以及制造精度。

Description

一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法。

背景技术

随着增材制造技术的快速发展，增材制造已经广泛地应用于航空、医疗等领域。针对这些领域中的金属零件成型，支撑结构的生成和优化是一个不可忽略的环节。因此，如何在保证零件的成形精度的前提下，尽量减少支撑材料的体积以及便于后处理过程的支撑去除是目前的一个研究热点问题。在实现轻量化支撑的过程中，减少支撑点的数量可以极大程度地降低支撑体积。然而，目前的研究主要集中在支撑结构类型的选取及支撑体积的优化，对于支撑点的优化却鲜有提及。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，该悬垂结构的支撑点确定方法能够较好地选定以及优化支撑点，从而避免支撑点冗余的现象发生，提升了支撑点的支撑效率，缩小了支撑结构的体积，提升了制造效率以及制造精度。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，包括：

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据所述投影区域确定预设支撑点；

S3：将所述预设支撑点反投影至所述悬臂区域，且所述预设支撑点在所述悬臂区域的反投影设置为目标点；

S4：根据所述目标点的坐标建立目标函数，如所述目标函数收敛则所述预设支撑点为实际支撑点。

在一些实施例中，所述投影区域为点时，所述悬臂区域确定为悬垂点，所述预设支撑点包括由所述悬垂点确定在第一预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第一预设支撑点的方法为：

S21：设定过所述悬垂点且与所述打印平面平行的活动平面；

S22：确定所述活动平面与所述悬臂区域对应的非悬垂区域的最近交点；

S23：判断所述最近交点与所述悬垂点之间的测量距离与最小加工特征尺寸的关系，所述测量距离大于所述最小加工特征尺寸，则判定所述悬垂点需要支撑；

S24：设定需要支撑的所述悬垂点为第一悬垂支撑点，且将所述第一悬垂支撑点在所述打印平面上的投影设置为所述第一预设支撑点。

在一些具体的实施例中，所述第一预设支撑点为第一实际支撑点。

在一些具体的实施例中，所述投影区域为线段时，所述悬臂区域确定为悬垂边，所述预设支撑点包括由所述悬垂边确定的第二预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第二预设支撑点的方法为：

S25：将所述悬垂边投影至所述打印平面上，并设置为悬垂投影边；

S26：将所述悬垂投影边分解为多个所述悬垂点：

S27：根据步骤S21-步骤S23求解步骤S26中得出的多个所述悬垂点中需要支撑点，并且将其设定为第二悬垂支撑点；

S28：根据多个所述第二悬垂支撑点确定第二预设支撑点。

在一些更具体的实施例中，所述第二预设支撑点为第二实际支撑点。

在一些更具体的实施例中，所述步骤S26包括：

S261：判断所述悬垂投影边的长度与可制造的最大悬臂长的关系：

所述悬垂投影边的长度小于所述最大悬臂长时，包括如下步骤：

S2611：将所述悬垂边上的最低点设置为所述悬垂点；

所述悬垂投影边的长度大于所述最大悬臂长时，包括如下步骤：

S2612：以所述悬垂边的最低点在所述打印平面上的投影点为起始圆心，以所述最大悬臂长为半径，在所述打印平面上做出多个依次相切的支撑圆；

S2613：将多个所述支撑圆的圆心反投影至所述悬垂边上，所述支撑圆的圆心在所述悬垂边上的反投影点为所述悬垂点。

在一些更具体的实施例中，步骤S28包括：

S281：确定多个所述第二悬垂支撑点中的最低点为第一标定点，确定多个所述第二悬垂支撑点中的低拐点为第二标定点；

S282：确定所述第一标定点和所述第二标定点在所述打印平面上的第一标定投影点和第二标定投影点；

S283：以所述第一标定投影点和所述第二标定投影点为圆心，以所述最大悬臂长为半径，在所述打印平面上做出多个相切的目标圆，所述目标圆的圆心为所述第二预设支撑点。

在一些更具体实施例中，所述投影区域为面时，所述悬臂区域确定为悬垂面，所述预设支撑点包括由所述悬垂面确定的第三预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第三预设支撑点包括：

S201：根据所述投影区域得出支撑投影区域；

S202：采用边界框将所述支撑投影区域全部覆盖，且采用正三角形支撑点排布方法设置第三预设支撑点，并且使得边界框内充满所述第三预设支撑点：

S203：根据多个所述第三预设支撑点得出预设支撑区域；

S204：对比所述预设支撑区域与所述支撑投影区域的大小，所述预设支撑区域小于所述支撑投影区域时，采用正三角形支撑点排布方法得到补充支撑点。

在一些更具体的实施例中，在步骤S3中，所述目标点为所述第三预设支撑点和所述补充支撑点在所述悬臂区域的反投影，且将其设置为目标点；

在步骤S4中，所述目标函数为所述目标点的Z轴坐标之和。

在一些更具体的实施例中，根据所述投影区域得出支撑投影区域包括：

S2001：所述投影区域内不存在由所述悬垂点确定的第一预支撑点以及由悬垂边设置的第二预设支撑点时，所述支撑投影区域设置为所述投影区域减去所述悬垂面上能够实现自支撑的部分在所述打印平面上的投影；

S2002：所述投影区域内存在所述第一预设支撑点和所述第二预设支撑点时，所述预设支撑区域为所述投影区域减去所述第一预设支撑点对应的第一实际支撑区域、所述第二预设支撑点对应的第二实际支撑区域以及所述悬垂面上能够实现自支撑的部分在所述打印平面上的投影。

本发明的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，由于在确定实际支撑点的过程中，根据悬垂结构的投影区域确定预设支撑点，在将预设支撑点反投影到悬垂结构上得到目标点，以目标点建议目标函数，优化预设支撑点的分布使得目标函数收敛，较为快速地选定以及优化支撑点，避免了支撑点冗余现象的发生，提升了支撑点的支撑效率，缩小了支撑结构的体积，提升了制造效率以及制造精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例一的悬垂结构的结构示意图；

图2是本发明实施例一的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体步骤；

图3是图2中步骤S2的流程示意图；

图4是图3中步骤S21-步骤S24的操作示意图；

图5是本发明实施例二的悬垂结构的结构示意图；

图6是本发明实施例二的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体步骤；

图7是图6中步骤S2的流程示意图；

图8是图7中步骤S26的流程示意图；

图9是图7中步骤S28的流程示意图；

图10是图8中步骤S2612-步骤S2613的操作示意图；

图11是图9中步骤S281-步骤S283的操作示意图；

图12是本发明实施例三的悬垂结构的结构示意图；

图13是本发明实施例三的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体步骤；

图14是图13中步骤S2的流程示意图；

图15是图14中步骤S201的流程示意图；

图16是图15中步骤S201的操作示意图；

图17是正三角形支撑点排布和正方形支撑点排布示意图；

图18图13中步骤S1-步骤S2的操作示意图；

图19是本发明实施例四的悬垂结构的结构示意图；

图20是本发明实施例四的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体步骤；

图21是图20中步骤S2的流程示意图；

图22是图21中步骤S201的流程示意图；

图23图13中步骤S1-步骤S2的操作示意图。

图24是采用本发明实施例四的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法分析的一个具体零部件的结构以及改结构的打印产品。

附图标记：

1、悬垂点；2、活动平面；3、悬垂边；4、悬垂投影边；5、支撑圆；6、第二悬垂支撑点；7、第一标定投影点；8、第二标定投影点；9、目标圆；10、悬垂面。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

下面参考图1-图4描述本发明实施例一的面向增材制造悬垂结构中悬垂点区域的支撑点确定方法的具体流程。

如图2和图3所示，本实施例的支撑点确定方法的具体流程如下：

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据投影区域确定预设支撑点；

如图1所示，本实施例的悬垂结构的悬臂区域在打印平面上的投影区域为点，即本实施例的悬垂结构的悬臂区域为悬垂点1。因此：确定预设支撑点具体流程如下：

S21：设定过悬垂点1且与打印平面平行的活动平面2：即建立一个与xoy平面平行，且距离为悬垂点1的Z坐标的水平面；

S22：确定活动平面2与悬臂区域对应的非悬垂区域的交点；如图4所示，活动平面2与非悬垂区域的外轮廓线的交点，这个交点的位置能够确定悬垂点1与非悬垂区域的外轮廓线之间的距离，而这个距离决定了该悬臂点是否需要支撑；

S23：判断交点与悬垂点1之间的测量距离与最小加工特征尺寸的关系，测量距离大于最小加工特征尺寸，则判定悬垂点1需要支撑；

S24：设定需要支撑的所述悬垂点1为第一悬垂支撑点，且将所述第一悬垂支撑点在所述打印平面上的投影设置为所述第一预设支撑点。

在本实施例中，最大悬臂长和最小加工特征尺寸均由进行增材制造的增材制造设备决定。最大悬臂长是指该增材制造打印的不需要支撑的悬臂结构的最大长度，即如果需要加工的悬臂结构的长度大于最大悬臂长，则该悬臂结构在加工过程中必须设计支撑结构。由此，如果测量距离大于最大悬臂长，说明该悬臂区域采用增材制造设备可以制造，但是在制造过程中需要支撑。因此，得到的第一悬垂支撑点就是在制造过程开始前预设的第一预设支撑点，在得到第一预设支撑点后需要对其进行验证，是否可以将第一预设支撑点设计为第一实际支撑点；

综上，由于本实施例的悬垂结构的悬臂区域为悬垂点1，加工该悬垂结构所需要的第一实际支撑点就是步骤23确定的第一预设支撑点，因此无需重复步骤进行优化。

实施例二：

下面参考图5-图11描述本发明实施例二的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体流程。

如图6-图9所示，本实施例的支撑点确定方法的具体流程如下：

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据投影区域确定预设支撑点；

如图5所示，本实施例的悬垂结构的悬臂区域在打印平面上的投影区域为线段，即本实施例的悬垂结构的悬臂区域为悬垂边3。因此，如图7所示，确定预设支撑点具体流程如下：

S25：将悬垂边3投影至打印平面上，并设置为悬垂投影边4。具体来说，悬垂边3由一条或多条异面的线段依次相连。因此，需要将悬垂边3简化为平面直线进而确定该悬垂边3需要支撑的部分。

S26：将悬垂投影边4分解为多个悬垂点1，可以理解的是，悬垂投影边4可以看做是多个悬垂点1依次相连得到的，因此将悬垂投影边4分解为多个悬垂点1能够简化悬垂边3的支撑分析过程，从而简化整个支撑点确定方法的流程。如图8所示，将悬垂投影边4分解为多个悬垂点1的具体流程如下：

S261：判断悬垂投影边4的长度与可制造的最大悬臂长的关系。可以理解的是，在实际判断过程中，如果悬垂投影边4的长度小于最大悬臂长，这就说明悬垂结构的悬臂区域相对较小，可以采用一个悬垂点1来替代该悬垂投影边4。但是如果悬垂投影边4的长度大于最大悬臂长，这就说明悬垂结构的悬臂区域相对较大，就需要多个悬垂点1来替代悬垂投影边4。

具体流程如图8所示，悬垂投影边4的长度小于最大悬臂长时，包括如下步骤：

S2611：将悬垂边3上的最低点设置为悬垂点1；

悬垂投影边4的长度大于最大悬臂长时，包括如下步骤：

S2612：以悬垂边3的最低点在打印平面上的投影点为起始圆心，以最大悬臂长为半径，在打印平面上做出多个依次相切的支撑圆5；这里需要说明的是，多个支撑圆5需要沿悬垂投影边4延伸的方向依次排布，直至多个支撑圆5完全覆盖悬垂投影边4停止。

S2613：将多个支撑圆5的圆心反投影至悬垂边3上，支撑圆5的圆心在悬垂边3上的反投影点为悬垂点1(如图10所示)。

由此，即可根据悬垂投影边4的长度来将悬垂边3拆分成多个悬垂点1。

S27：根据步骤S21-步骤S23求解步骤S26中得出的多个所述悬垂点1中需要支撑的点，并且将其设定为第二悬垂支撑点6。可以理解是，虽然在步骤S26中将悬垂边3拆分成多个悬垂点1，但是并不是所有的悬垂点1都需要支撑，如果将多个悬垂点1都作为支撑点就会造成支撑点冗余，从而造成支撑结构冗余。而在本实施例中，根据实施例一中的方法，将悬垂边3拆分成的多个悬垂点1进行判定，仅仅留下需要支撑的第二悬垂支撑点6，根据第二悬垂支撑点6确定支撑点就会精简支撑点的数量，从而避免支撑点及支撑结构冗余的现象。

S28：根据多个第二悬垂支撑点6确定第二预设支撑点。确定第二预设支撑点的具体流程如图9所示：

S281：确定多个第二悬垂支撑点6中的最低点为第一标定点，确定多个第二悬垂支撑点6中的低拐点为第二标定点；这里需要说明的是，拐点为悬垂边3的拐点，而低拐点是满足两边的Z坐标均大于拐点的Z坐标的拐点。

S282：确定第一标定点和第二标定点在打印平面上的第一标定投影点7和第二标定投影点8；

S283：以第一标定投影点7和第二标定投影点8为圆心，以最大悬臂长为半径，在打印平面上做出多个相切的目标圆9，目标圆9的圆心为第二预设支撑点。可以理解的是，第二悬垂支撑点6中的最低点以及低拐点是必须要支撑的点，因此，第一标定投影点7和第二标定投影点8必须为目标圆9的圆心。在生成多个目标圆9时，需要先以第一标定投影点7和一个或者多个第二标定投影点8作为圆心画圆，然后再以已经画好的目标圆9为起点依次相切得到其他目标圆9，目标圆9的生成方向为悬垂投影边4的延伸方向，当全部的悬垂投影边4均被目标圆9覆盖时停止目标圆9的生成，然后记录全部目标圆9的圆心作为第二预设支撑点。而在得到第二预设支撑点后需要对其进行验证，是否可以将第二预设支撑点设计为第二实际支撑点；

综上，由于本实施例的悬垂结构的悬臂区域为悬垂边3，加工该悬垂结构所需要的第二实际支撑点就是步骤283确定的第二预设支撑点，因此无需重复步骤进行优化。

实施例三：

下面参考图12-图18描述本发明实施例三的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体流程。

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据投影区域确定预设支撑点，具体步骤如图14所示：

S201：根据投影区域得出支撑投影区域，具体来说，如图12所示，本实施例的悬臂区域不存在由悬垂边3确定的第二预设支撑点和由悬垂点1确定的第一预设支撑点，因此，如图15所示，支撑投影区域就是投影区域减去投影区域对能够实现自支撑的部分。具体运算过程如图16所示，这里需要说明的是，图16仅仅是为了说明得到支撑投影区域的布尔运算过程，并不是代表本实施例的悬臂区域就限制为图16所示的形状。

进一步来说，如图16(a)为悬臂区域的轮廓图，16(b)为悬垂面10的具体形状，图16(c)为悬垂面的边界网格示意，图16(d)为悬垂面10中能够实现自支撑的区域。图16(e)就是最后得到需要支撑的悬垂面10部分。

S202：采用边界框将支撑投影区域全部覆盖，且采用正三角形支撑点排布方法设置第三预设支撑点，并且使得边界框内充满第三预设支撑点(如图18(b)所示)，并且留下位于投影区域内的所述第三预设支撑点(如图18(c)所示)：需要说明的是，现有技术中通常采用的正方形支撑点排布方式，如图17(b)所示，这种排布方式的支撑效率为

而本实施例中，采用正三角形支撑点排布方法，如图17(a)所示，这种排布方式的支撑效率为

由此，本实施例中生成第三预设支撑点的方法的支撑效率更高，避免了第三预设支撑点出现冗余现象。

S203：根据多个第三预设支撑点得出预设支撑区域(如图18(d)所示)；具体来说，虽然边界框内充满了第三预设支撑点，但是第三预设支撑点的预设支撑区域并不一定能够覆盖整个支撑投影区域。因此，需要将多个第三预设支撑点的支撑区域进行叠加从而得预设支撑区域。

S204：对比预设支撑区域与支撑投影区域的大小，预设支撑区域小于支撑投影区域时，采用正三角形支撑点排布方法得到补充支撑点(如图18(e)及图18(f)所示)，其中图18(e)为支撑投影区域与预设支撑区域的比较示意图，图18(f)为支撑投影区域减去预设支撑区域的示意图)。可以理解的是，多个第三预设支撑点的支撑区域进行叠加从而得预设支撑区域并不一定能够完全覆盖支撑投影区域。如果预设支撑区域能够完全覆盖支撑投影区域，则说明第三预设支撑点能够完全支撑投影区域，如果预设支撑区域不能完全覆盖支撑投影区域，则说明第三预设支撑点不能够完全支撑投影区域，此时就需要对预设支撑点进行补充，采用正三角形支撑点排布方法在未能被第三预设支撑点支撑的区域布置预补充支撑点，然后在这些预补充支撑点中间挑选一部分作为补充支撑点，具体挑选过程如下：

计算预补充支撑点能够支撑的支撑区域，计算该支撑区域与未能被第三预设支撑点支撑的区域的交集；

如果该交集为空集，说明这个预补充支撑点不能起到支撑作用，

如果该交集不是空集，说明这个预补充支撑点能够起到支撑作用，即可将这个预补充支撑点作为补充支撑点(补充完毕后第三预设支撑点和补充支撑点能够支撑的区域如图18(g)所示)；

需要额外说明的是，在补充支撑点之前可以进行判定，并且删除支撑投影区域与支撑投影区域的差集中较小的部分。由于支撑投影区域与支撑投影区域的差集区域可大可小，较小的区域内，即便不进行支撑点的补充，在打印完成后这个区域也不会出现塌陷，因此无需进行支撑点补充，但是对于较大的区域，如果不进行支撑点补充，那么打印完成后这个区域发生塌陷的概率会非常大。因此，可以设定一个具体数值，当差集区域小于这个数值时，可以不进行支撑点补充，当差集区域大于或者等于这个数值时，需要补充支撑点；

当补充支撑点选取完毕后，需要对补充支撑点和第三预设支撑点进行验证，是否可以将第三预设支撑点和补充支撑点设计为第三实际支撑点；

S3：将预设支撑点反投影至悬臂区域，且预设支撑点在悬臂区域的反投影设置为目标点；具体来说，将补充支撑点和第三预设支撑点反投影至悬臂区域，将反投影点设置为第三目标点，第三目标点有可能位于悬臂区域内的任意位置，而悬臂区域为一个面，这个面可能是曲面、平面或者弧面的任何一种。

S4：根据目标点的坐标建立目标函数，如目标函数收敛则预设支撑点为实际支撑点。具体来说，目标函数为第三预设支撑点和补充支撑点的Z轴坐标之和。由于第三目标点可能悬臂区域的任意位置，因此，所有第三目标点的Z轴坐标之和的函数未必是收敛的，如果该函数收敛，则可以直接将第三预设支撑点和补充支撑点作为第三实际支撑点，如果该函数不收敛，则需要回到步骤S202重新排布第三预设支撑点，具体来说，对正三角形支撑点排布方法生成的原始第三预设支撑点通过平移旋转等方式得到新的第三预设支撑点；并且根据重新排布的第三预设支撑点得到新的补充支撑点，调整至目标函数收敛即可。

实施例四：

下面参考图19-图23描述本发明实施例四的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法的具体流程。

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据投影区域确定预设支撑点，具体步骤如图21所示：

S201：根据投影区域得出支撑投影区域，具体来说，如图22所示，本实施例的悬臂区域存在由悬垂边3确定的第二预设支撑点和由悬垂点1确定的第一预设支撑点。悬垂点1和悬垂边3确定的第一预设支撑点和第二预设支撑件将优先作为预定义的支撑点。如图22所示，预设支撑区域为投影区域减去悬垂点1对应的第一实际支撑区域、悬垂面边3对应的第二实际支撑区域以及悬臂区域能够实现自支撑的部分在打印平面上的投影，如图23(a)所示，在去除悬垂点1对应的第一实际支撑区域、悬垂面10对应的第二实际支撑区域以及悬臂区域能够实现自支撑的部分在打印平面上的投影之后，支撑投影区域为一个多孔的区域。

S202：采用边界框将支撑投影区域全部覆盖，且采用正三角形支撑点排布方法设置第三预设支撑点，并且使得边界框内充满第三预设支撑点(如图23(b)所示)并且留下位于投影区域内的所述第三预设支撑点(如图23(c)所示)：需要说明的是，现有技术中通常采用的正方形支撑点排布方式，这种排布方式的支撑效率为

而本实施例中，采用正三角形支撑点排布方法，这种排布方式的支撑效率为

由此，本实施例中生成第三预设支撑点的方法的支撑效率更高，避免了第三预设支撑点出现冗余现象。

S203：根据多个第三预设支撑点得出预设支撑区域；具体来说，虽然边界框内充满了第三预设支撑点，但是第三预设支撑点的预设支撑区域并不一定能够覆盖整个支撑投影区域。因此，需要将多个第三预设支撑点的支撑区域进行叠加从而得预设支撑区域。

S204：对比预设支撑区域与支撑投影区域的大小，预设支撑区域小于支撑投影区域时，采用正三角形支撑点排布方法得到补充支撑点。可以理解的是，多个第三预设支撑点的支撑区域进行叠加从而得预设支撑区域并不一定能够完全覆盖支撑投影区域。如果预设支撑区域能够完全覆盖支撑投影区域，则说明第三预设支撑点能够完全支撑投影区域，如果预设支撑区域不能完全覆盖支撑投影区域，则说明第三预设支撑点不能够完全支撑投影区域，此时就需要对预设支撑点进行补充，采用正三角形支撑点排布方法在未能被第三预设支撑点支撑的区域布置预补充支撑点，然后在这些预补充支撑点中间挑选一部分作为补充支撑点，具体挑选过程如下：

计算预补充支撑点能够支撑的支撑区域，计算该支撑区域与未能被第三预设支撑点支撑的区域的交集；

如果该交集为空集，说明这个预补充支撑点不能起到支撑作用，

如果该交集不是空集，说明这个预补充支撑点能够起到支撑作用，即可将这个预补充支撑点作为补充支撑点；(补充完毕后第三预设支撑点和补充支撑点能够支撑的区域如图23(d)所示)；

需要额外说明的是，在补充支撑点之前可以进行判定，并且删除支撑投影区域与支撑投影区域的差集中较小的部分。由于支撑投影区域与支撑投影区域的差集区域可大可小，较小的区域内，即便不进行支撑点的补充，在打印完成后这个区域也不会出现塌陷，因此无需进行支撑点补充，但是对于较大的区域，如果不进行支撑点补充，那么打印完成后这个区域发生塌陷的概率会非常大。因此，可以设定一个具体数值，当差集区域小于这个数值时，可以不进行支撑点补充，当差集区域大于或者等于这个数值时，需要补充支撑点；

当补充支撑点选取完毕后，需要对补充支撑点和第三预设支撑点进行验证，是否可以将第三预设支撑点和补充支撑点设计为第三实际支撑点；

S3：将预设支撑点反投影至悬臂区域，且预设支撑点在悬臂区域的反投影设置为目标点；具体来说，将补充支撑点和第三预设支撑点反投影至悬臂区域，将反投影点设置为目标点，目标点有可能位于悬臂区域内的任意位置，而悬臂区域为一个面，这个面可能是曲面、平面或者弧面的任何一种。

S4：根据目标点的坐标建立目标函数，如目标函数收敛则预设支撑点为实际支撑点。具体来说，目标函数为第三预设支撑点和补充支撑点的Z轴坐标之和。由于第三目标点可能位于悬臂区域的任意位置，因此，所有第三目标点的Z轴坐标之和的函数未必是收敛的，如果该函数收敛，则可以直接将第三预设支撑点和补充支撑点作为第三实际支撑点，如果该函数不收敛，则需要回到步骤S202重新排布第三预设支撑点，具体来说，对正三角形支撑点排布方法生成的原始第三预设支撑点通过平移旋转等方式得到新的第三预设支撑点；并且根据重新排布的第三预设支撑点得到新的补充支撑点，调整至目标函数收敛即可。

本实施例的支撑投影区域为多孔区域，这种区域在实际生产制造中是最为常见的，为了进一步说明本实施例的支撑点确定方法的有效性，本实施例的方法能够对图24(a)图24(b)所示复杂的精细牙齿零件的悬垂区域进行几何精细分析及支撑点生成以及优化。图24(c)为采用本实施例的方法进行的支撑点优化结果。图24(d)则对该零件进行了打印，结果显示该方法能够显著减少支撑点数量，明显降低了金属粉末材料的浪费，并且较普通方法能够使得支撑材料体积降低50％-70％。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，包括：

S1：将悬垂结构的悬臂区域投影至打印平面，并设置为投影区域；

S2：根据所述投影区域确定预设支撑点；

S3：将所述预设支撑点反投影至所述悬臂区域，且所述预设支撑点在所述悬臂区域的反投影设置为目标点；

S4：根据所述目标点的坐标建立目标函数，如所述目标函数收敛则所述预设支撑点为实际支撑点。

2.根据权利要求1所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述投影区域为点时，所述悬臂区域确定为悬垂点，所述预设支撑点包括由所述悬垂点确定在第一预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第一预设支撑点的方法为：

S21：设定过所述悬垂点且与所述打印平面平行的活动平面；

S22：确定所述活动平面与所述悬臂区域对应的非悬垂区域的最近交点；

S23：判断所述最近交点与所述悬垂点之间的测量距离和最小加工特征尺寸的关系，所述测量距离大于最小加工特征尺寸，则判定所述悬垂点需要支撑；

S24：设定需要支撑的所述悬垂点为第一悬垂支撑点，且将所述第一悬垂支撑点在所述打印平面上的投影设置为所述第一预设支撑点。

3.根据权利要求2所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述第一预设支撑点为第一实际支撑点。

4.根据权利要求2所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述投影区域为线段时，所述悬臂区域确定为悬垂边，所述预设支撑点包括由所述悬垂边确定的第二预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第二预设支撑点的方法为：

S25：将所述悬垂边投影至所述打印平面上，并设置为悬垂投影边；

S26：将所述悬垂投影边分解为多个所述悬垂点：

S27：根据步骤S21-步骤S23求解步骤S26中得出的多个所述悬垂点中需要支撑点，并且将其设定为第二悬垂支撑点；

S28：根据多个所述第二悬垂支撑点确定第二预设支撑点。

5.根据权利要求4所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述第二预设支撑点为第二实际支撑点。

6.根据权利要求4所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述步骤S26包括：

S261：判断所述悬垂投影边的长度与可制造的最大悬臂长的关系：

所述悬垂投影边的长度小于所述最大悬臂长时,包括如下步骤：

S2611：将所述悬垂边上的最低点为设置为所述悬垂点；

所述悬垂投影边的长度大于所述最大悬臂长时，包括如下步骤：

S2612：以所述悬垂边的最低点在所述打印平面上的投影点为起始圆心，以所述最大悬臂长为半径，在所述打印平面上做出多个依次相切的支撑圆；

S2613：将多个所述支撑圆的圆心反投影至所述悬垂边上，所述支撑圆的圆心在所述悬垂边上的反投影点为所述悬垂点。

7.权利要求4所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，步骤S28包括：

S281：确定多个所述第二悬垂支撑点中的最低点为第一标定点，确定多个所述第二悬垂支撑点中的低拐点为第二标定点；

S282：确定所述第一标定点和所述第二标定点在所述打印平面上的第一标定投影点和第二标定投影点；

S283：以所述第一标定投影点和所述第二标定投影点为圆心，以所述最大悬臂长为半径，在所述打印平面上做出多个相切的目标圆，所述目标圆的圆心为所述第二预设支撑点。

8.根据权利要求6所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，所述投影区域为面时，所述悬臂区域确定为悬垂面，所述预设支撑点包括由所述悬垂面确定的第三预设支撑点，根据所述投影区域确定所述第三预设支撑点包括：

S201：根据所述投影区域得出支撑投影区域；

S202：采用边界框将所述支撑投影区域全部覆盖，且采用正三角形支撑点排布方法设置第三预设支撑点，并且使得边界框内充满所述第三预设支撑点：

S203：根据多个所述第三预设支撑点得出预设支撑区域；

S204：对比所述预设支撑区域与所述支撑投影区域的大小，所述预设支撑区域小于所述支撑投影区域时，采用正三角形支撑点排布方法得到补充支撑点。

9.根据权利要求8所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，

在步骤S3中，所述目标点为所述第三预设支撑点和所述补充支撑点在所述悬臂区域的反投影，且将其设置为目标点；

在步骤S4中，所述目标函数为所述目标点的Z轴坐标之和。

10.根据权利要求8所述的面向增材制造悬垂结构的支撑点确定方法，其特征在于，根据所述投影区域得出支撑投影区域包括：

S2001：所述投影区域内不存在由所述悬垂点确定的第一预支撑点以及由悬垂边设置的第二预设支撑点时，所述支撑投影区域设置为所述投影区域减去所述悬垂面上能够实现自支撑的部分在所述打印平面上的投影；

S2002：所述投影区域内存在所述第一预设支撑点和所述第二预设支撑点时，所述预设支撑区域为所述投影区域减去所述第一预设支撑点对应的第一实际支撑区域、所述第二预设支撑点对应的第二实际支撑区域以及所述悬垂面上能够实现自支撑的部分在所述打印平面上的投影。

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