[發明專利]一種三維打印支撐的生成系統及生成方法

有效

• 申請號: 201510033323.5
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104626583B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 王士瑋;劉利剛;王康;張鵬;楊周旺
• 申請（專利權）人: 合肥阿巴賽信息科技有限公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B22F3/115;B33Y50/00;G06F3/12
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙)34119
• 代理人: 程篤慶,黃樂瑜

技術領域

本發明涉及三維打印技術領域，尤其涉及一種三維打印支撐的生成系統及生成方法。

背景技術

三維打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用液狀、粉狀或片狀的金屬、塑料等材料，通過自下而上逐層打印的方式來構造物體的技術。

三維打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的，常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后來逐漸用于一些產品的直接制造，當前已經有使用這種三維打印技術打印而成的零部件。三維打印技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

在三維打印的設計過程中，先通過計算機建模軟件建模，再將建成的三維物體模型“分區”成逐層的截面，即切片，從而指導打印機進行逐層打印；打印機通過讀取橫截面信息，采用液狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。三維打印技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物體。

在實際打印過程中，對于存在懸空部分的三維物體模型，如圖1所示為馬踏飛燕的物體模型，由于材料粘滯力的問題，現有的三維打印方式無法正常地支撐并打印整個模型，即不可打印；因此，需要為三維物體模型增加額外的支撐以保證可打印性。在生成三維打印支撐對的過程中，通常的做法是在打印物體下方填充預先定義好的規則模式進行支撐，其支撐的寬度和規則模式等參數都是根據用戶的經驗確定的，如圖2所示為生成的打印支撐的結構示意圖，因此，在生成打印支撐以實現物體可打印性的過程中，打印材料的浪費較大，打印成本較高。通過生成打印支撐實現了物體可打印性，在打印完成之后需要將這些額外的打印支撐從物體模型上剝離以得到原始模型，而剝離這些額外支撐時在支撐節點處對物體模型造成傷害，現有技術中生成打印支撐的過程中，在打印支撐剝離是對物體模型的傷害難以預估，從而大幅度降低了打印質量。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種三維打印支撐的生成系統及生成方法，在三維物體模型的可打印性前提下，減少三維打印的材料消耗，節省了三維打印成本，減小了打印支撐對打印質量的影響。

為了解決上述技術問題，需要尋找三維物體模型中所有不可打印的部分。對于不同的三維物體模型，三維打印的粘滯效果是不同的。由于三維打印是自下而上逐層進行打印的，對于新打印的一層，其會被它下方的一層所支撐。當三維打印機打印都某一個點時，如果該點的正下方有已經打印好的實體點，那么該點就能被正下方的實體點所支撐，能夠成功地被打印；如果該點的正下方沒有實體點，而該點附近斜下方有實體點，那么該點能否被斜下方的實體點所支撐，與打印材料的粘滯性和該點的傾斜角有關，所述傾斜角為該點與斜下方的實體點構成的向量和水平面構成的夾角；如果該點正下方沒有實體點，其附近斜下方也沒有實體點，也就是說，該點是懸空點，是無法被打印的。通過為三維物體模型中不可打印的部分生成支撐，實現了三維物體模型的可打印性。

本發明提出的一種三維打印支撐的生成方法，包括：

S1、獲取打印物體的三維網格模型；

S2、根據三維網格模型上節點高度從下向上的順序獲取三維網格模型上節點的支撐參數值，其公式如下：

(Ⅰ)P(A)＝P_max，A∈S＝{A|H_A＝H_min}；

(Ⅱ)P(A)＝max{P(B)-L_AB×|θ_AB|×α}，

A∈S₁＝{A|H_A＞H_min}，B∈S₂＝{B|H_B＜H_A}；

其中，P(A)、P(B)為三維網格模型上節點A、節點B的支撐參數值，H_A、H_B為節點A、節點B在三維網格模型上的高度，L_AB為連接節點A與節點B的邊AB的長度，θ_AB為邊AB與水平面之間的夾角，α為能量傳遞系數，P_max為支撐參數值的最大值，H_min為三維網格模型上節點高度的最小值；

S3、根據預設的臨界參數值Q與支撐參數值P(A)的關系獲取節點A的可打印性，當P(A)＜Q時節點A不可打印；

S4、根據不可打印的節點A獲取支撐基點Z：