[發明專利]一種生成3D打印模型的樹形支撐結構的方法

有效

• 申請號: 201811558975.0
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109624325B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張李超;張楠;王森林;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B29C64/40
• 分類號: B29C64/40;B29C64/386;B33Y50/00;B33Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

1.一種生成3D打印模型的樹形支撐結構的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

S1構建第一層支撐點

對于待打印的3D模型，識別該模型的待支撐區域，并將該待支撐區域作為第一層支撐區域，將該待支撐區域進行網格劃分，每個網格節點為一個支撐點；

S2第i+1層的支撐點的形成

將第i層的所有支撐點投影在水平面xoy中,以此獲得多個投影點，其中所有投影點形成的區域作為投影區域，按照預設尺寸將該投影區域劃分為m個子區域，每個子區域包括多個投影點，其中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,m，

(a)對于第j個子區域，根據該第j個子區域中的投影點生成一個第i+1層的支撐點P_(i+1，j)；以3D打印機的基臺為底面，判斷生成的所述支撐點P_{(i+1，j)}是否在打印基臺之上：

(a1)當所述支撐點P_(i+1，j)不在所述基臺之上時，刪除該支撐點P_(i+1，j)，然后將所述第j個子區域中的每個支撐點分別投影在所述基臺上，以此形成多個投影點，該多個投影點即為所述第j個子區域在第i+1層的支撐點，將每個投影點與形成該投影點的第i層的支撐點連接，以此形成第i層與第i+1層之間的一根樹枝，最后將所述第j個子區域中所有的支撐點從第i層刪除；

(a2)當所述支撐點P_{(i+1，j)}在所述基臺之上時，將該支撐點P_{(i+1，j)}與第j個子區域中每個支撐點相連分別連成多條線段，判斷每條線段是否與待打印模型發生干涉：

I對于發生干涉的線段，將干涉點作為第i+1層中的支撐點，并刪除所述支撐點P_(i+1，j)和發生干涉的線段在第i層中對應的支撐點,最后連接所述干涉點和第i層中形成該干涉點的支撐點，以此形成第i層與第i+1層之間的一根樹枝；

II對于不發生干涉的線段，當不發生干涉的線段大于1條時，將沒有發生干涉的線段在第i層中對應的支撐點形成的集合作為第i層的第j個子區域，返回步驟(a)，當不發生干涉的線段等于1時，將該不發生干涉的線段在第i層中對應的支撐點作為第i+1層的支撐點；

(b)j＝j+1，返回步驟(a)直至完成第m個子區域生成第i+1層的支撐點P_(i+1，m)，并以此完成第i層到i+1層所用樹枝的建立；

S3 i＝i+1，重復步驟S2，直至第n層的支撐點為0，以此獲得樹形支撐結構。

2.如權利要求1所述的一種生成3D打印模型的樹形支撐結構的方法，其特征在于，在步驟(a)中，所述根據該第j個子區域中的投影點生成一個第i+1層的支撐點P_(i+1,j)，按照下列方法進行：

(1)設定所述第j個子區域中第s個支撐點的重量W_s，計算支撐點P_(i+1，j)在xoy平面中的投影點的坐標，

其中，s是第j個子區域中支撐點的編號，k是第j個子區域中支撐點的總數量，s＝1,2,…k，x_s是第j個子區域中第s個支撐點的橫坐標，y_s是第j個子區域中第s個支撐點的縱坐標；

(2)在xoy平面中，計算所述第j個子區域中每個支撐點在xoy平面的投影點到所述投影點之間的距離，以此獲得k個距離值，該距離值中的最大值l_max對應的投影點為sp'，該投影點sp'對應的支撐點為sp，所述支撐點P_(i+1，j)的z方向的坐標計算按照下列表達式進行：

P_{(i+1，j),z}＝sp_z-l_maxcotα_max

由此獲得所述支撐點的坐標為：

其中，sp_z為所述支撐點sp的z軸方向的坐標，α_max是所述支撐點的最大傾斜角。