[發(fā)明專利]一種基于支撐點(diǎn)膨脹融合的3D打印支撐區(qū)域生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110082030.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112861201B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志偉;劉博;胡玘瑞;傅建中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/10
• 分類號(hào): G06F30/10;G06F113/10
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 黃燕

本發(fā)明提供一種基于支撐點(diǎn)膨脹融合的3D打印支撐區(qū)域生成方法，基于支撐線段，通過(guò)對(duì)支撐線段進(jìn)行切片，得到當(dāng)前層的支撐點(diǎn)集合；以支撐點(diǎn)為中心設(shè)定矩形影響區(qū)域，成功將支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)化為支撐輪廓區(qū)域；同時(shí)，首先通過(guò)對(duì)模型輪廓進(jìn)行偏置運(yùn)算，再通過(guò)對(duì)支撐輪廓區(qū)域和偏置后的模型輪廓進(jìn)行布爾運(yùn)算，解決了支撐侵入模型的問(wèn)題，有效解決了執(zhí)行打印后模型與支撐分離的問(wèn)題。本發(fā)明的支撐區(qū)域生成方法可以應(yīng)用于復(fù)雜模型自動(dòng)生成分層支撐輪廓區(qū)域，算法邏輯及設(shè)計(jì)清晰，魯棒性較好，適用范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助制造CAM(Computer aided manufacturing)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于支撐點(diǎn)膨脹融合的3D打印支撐區(qū)域生成方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料成型技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)成為了當(dāng)前制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種先進(jìn)制造技術(shù)。利用分層制造的原理，3D打印技術(shù)逐層堆積材料以得到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，特別適合制造具有復(fù)雜形狀與拓?fù)涞娜S零件。

由于打印過(guò)程為“積木式”堆積過(guò)程，當(dāng)打印懸空部位時(shí)，擠出頭擠出物質(zhì)無(wú)法附著在待打印物體上，需要在打印規(guī)劃時(shí)識(shí)別懸空部位并添加支撐以實(shí)現(xiàn)懸空部位的正常打印。

關(guān)于3D打印的模型支撐生成算法，目前已有的相關(guān)專利文獻(xiàn)如下：

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN106293547B(申請(qǐng)?zhí)朇N201510300613.1)公開(kāi)了一種3D打印的支撐自動(dòng)生成方法。該方法的思路為：為導(dǎo)入的STL模型生成虛擬包圍盒，并均分成子包圍盒；在子包圍中，判斷三角面片是否需要支撐，對(duì)需要支撐的面片生成支撐。該方法設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，只能針對(duì)需要簡(jiǎn)單支撐比如“H”形模型，不能適用于復(fù)雜模型(比如“F”形模型)的支撐識(shí)別，適用范圍有限。

當(dāng)前3D打印技術(shù)領(lǐng)域普遍采用STL模型作為模型數(shù)據(jù)格式，STL屬于一種離散三角面片模型，即用三角面片逼近三維幾何模型。識(shí)別支撐區(qū)域可以通過(guò)三角面片的法向量與水平面的夾角來(lái)判斷是否為需支撐區(qū)域，如果為危險(xiǎn)面片，它的支撐區(qū)域?yàn)槠湎路截Q直投影空間內(nèi)的三棱柱，而狹長(zhǎng)的三棱柱在實(shí)際打印中不現(xiàn)實(shí)，需要合并。由于面片中的點(diǎn)是無(wú)序分布的，在后續(xù)的支撐區(qū)域的生成中存在較大困難。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)3D打印中支撐區(qū)域的識(shí)別與支撐的添加，本發(fā)明提供一種基于支撐點(diǎn)膨脹融合的3D打印支撐區(qū)域生成方法。

一種基于支撐點(diǎn)膨脹融合的3D打印支撐區(qū)域生成方法，包括如下步驟：

(1)輸入模型面片數(shù)據(jù)，在XY平面定義網(wǎng)格區(qū)域，生成均勻網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集合Q；

(2)對(duì)集合Q內(nèi)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分別作垂線，求其與模型的交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)得到支撐線段的集合W；

(3)對(duì)集合W內(nèi)的支撐線段進(jìn)行切片，求切片層與支撐線段的交點(diǎn)，并將交點(diǎn)作為支撐點(diǎn)按層存入支撐點(diǎn)集合E中；

(4)選取支撐點(diǎn)集合E內(nèi)一切片層為當(dāng)前切片層，在當(dāng)前切片層內(nèi)，以支撐點(diǎn)為中心分別膨脹生成矩形影響區(qū)域；

(5)對(duì)不同支撐點(diǎn)的矩形影響區(qū)域求并集，生成原始支撐輪廓區(qū)域集合；

(6)對(duì)原始支撐輪廓區(qū)域進(jìn)行修正；

(7)重復(fù)步驟(4)～(6)遍歷切片層，得到所有切片層的支撐輪廓區(qū)域。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述XY平面可以為與打印平面或者模型切層平面平行的任一平面。

作為優(yōu)選，步驟(1)中，生成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集合Q的步驟為：

根據(jù)模型面片數(shù)據(jù)分別獲取模型在X、Y方向上的極值，得到包絡(luò)矩形，即為所述的網(wǎng)格區(qū)域；根據(jù)包絡(luò)矩形邊長(zhǎng)及設(shè)定的初始網(wǎng)格邊長(zhǎng)對(duì)網(wǎng)格邊長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而生成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集合Q。此處的包絡(luò)矩形也可以是其他圖形，比如圓形、三角形等等，為了描述方便，此處以矩形為例進(jìn)行說(shuō)明。