一种三维打印支撑的生成系统及生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维打印技术领域，尤其涉及一种三维打印支撑的生成系统及生成方 法。
【背景技术】
[0002] 三维打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用液状、 粉状或片状的金属、塑料等材料，通过自下而上逐层打印的方式来构造物体的技术。
[0003] 三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等 领域被用于制造模型，后来逐渐用于一些产品的直接制造，当前已经有使用这种三维打印 技术打印而成的零部件。三维打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC)、汽 车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所 应用。
[0004] 在三维打印的设计过程中，先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维物体模 型"分区"成逐层的截面，即切片，从而指导打印机进行逐层打印；打印机通过读取横截面信 息，采用液状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘 合起来从而制造出一个实体。三维打印技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物体。
[0005] 在实际打印过程中，对于存在悬空部分的三维物体模型，如图1所示为马踏飞燕 的物体模型，由于材料粘滞力的问题，现有的三维打印方式无法正常地支撑并打印整个模 型，即不可打印；因此，需要为三维物体模型增加额外的支撑以保证可打印性。在生成三 维打印支撑对的过程中，通常的做法是在打印物体下方填充预先定义好的规则模式进行支 撑，其支撑的宽度和规则模式等参数都是根据用户的经验确定的，如图2所示为生成的打 印支撑的结构示意图，因此，在生成打印支撑以实现物体可打印性的过程中，打印材料的浪 费较大，打印成本较高。通过生成打印支撑实现了物体可打印性，在打印完成之后需要将这 些额外的打印支撑从物体模型上剥离以得到原始模型，而剥离这些额外支撑时在支撑节点 处对物体模型造成伤害，现有技术中生成打印支撑的过程中，在打印支撑剥离是对物体模 型的伤害难以预估，从而大幅度降低了打印质量。
【发明内容】
[0006] 基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种三维打印支撑的生成系统及生 成方法，在三维物体模型的可打印性前提下，减少三维打印的材料消耗，节省了三维打印成 本，减小了打印支撑对打印质量的影响。
[0007] 为了解决上述技术问题，需要寻找三维物体模型中所有不可打印的部分。对于不 同的三维物体模型，三维打印的粘滞效果是不同的。由于三维打印是自下而上逐层进行打 印的，对于新打印的一层，其会被它下方的一层所支撑。当三维打印机打印都某一个点时， 如果该点的正下方有已经打印好的实体点，那么该点就能被正下方的实体点所支撑，能够 成功地被打印；如果该点的正下方没有实体点，而该点附近斜下方有实体点，那么该点能否 被斜下方的实体点所支撑，与打印材料的粘滞性和该点的倾斜角有关，所述倾斜角为该点 与斜下方的实体点构成的向量和水平面构成的夹角；如果该点正下方没有实体点，其附近 斜下方也没有实体点，也就是说，该点是悬空点，是无法被打印的。通过为三维物体模型中 不可打印的部分生成支撑，实现了三维物体模型的可打印性。
[0008] 本发明提出的一种三维打印支撑的生成方法，包括：
[0009] S1、获取打印物体的三维网格模型；
[0010] S2、根据三维网格模型上节点高度从下向上的顺序获取三维网格模型上节点的支 撑参数值，其公式如下：
[0011] ( I ) P (A) = Pmax, AeS= {A I Ha= H min}；
[0012] ( II )P⑷=max{P(B)_LABX I ΘΑΒ| X α }，
[0013] A e S1= {Α|Ηα> Hmin}，B e S2= {Β|Ηβ< HJ ;
[0014] 其中，P(A)、Ρ (B)为三维网格模型上节点Α、节点B的支撑参数值，ΗΑ、ΗΒ为节点Α、 节点B在三维网格模型上的高度，L ab为连接节点A与节点B的边AB的长度，Θ 为边AB与 水平面之间的夹角，α为能量传递系数，Pmax为支撑参数值的最大值，Hmin为三维网格模型 上节点高度的最小值；
[0015] S3、根据预设的临界参数值Q与支撑参数值P(A)的关系获取节点A的可打印性， 当卩⑷< Q时节点A不可打印；
[0016] S4、根据不可打印的节点A获取支撑基点Z :
[0017] Za= argmin {LAZX f(| θ Αζ|)};
[0018] ze SmU SN，SM= {M|Hm=0}，Sn= {Ne SP|HN<HA};
【主权项】
1. 一种三维打印支撑的生成方法，其特征在于，包括： 51、 获取打印物体的三维网格模型； 52、 根据三维网格模型上节点高度从下向上的顺序获取三维网格模型上节点的支撑參 数值，其公式如下： (I ) P ⑷=P眶，A G S = {A I Ha= H _}; (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}， A G S1= {A|HA>Hmin}，B G S2= {B|Hb<Ha}; 其中，P(A)、P(B)为三维网格模型上节点A、节点B的支撑參数值，HA、HB为节点A、节点B在三维网格模型上的高度，Lab为连接节点A与节点B的边AB的长度，0 为边AB与水平 面之间的夹角，a为能量传递系数，Pmax为支撑參数值的最大值，Hniin*三维网格模型上节 点高度的最小值； 53、 根据预设的临界參数值Q与支撑參数值P(A)的关系获取节点A的可打印性，当 P(A) <Q时节点A不可打印； 54、 根据不可打印的节点A获取支撑基点Z: Za= argmin {L Az X f (I 0 Az I)}; ZGSmUSN，Sm= {M|Hm= 0}，Sn={NGSp|HnくHA};
其中，Laz为连接节点A与支撑基点Z的边AZ的长度，0AZ为边AZ与水平面之间的夹 角，Sm为在打印平台上节点高度满足HM=0的点M的集合，S 在三维网格模型上节点高 度满足HN<HA的点N的集合，Sp为三维网格模型上处于表面的节点P的集合； 55、 以节点A和支撑基点Z为端点生成支撑杆件作为节点A的三维打印支撑，并将节点 A的支撑參数值修正为P(A) =Pmax。
2. 根据权利要求1所述的三维打印支撑的生成方法，其特征在子，f(I0 AZ|)的函数关 系式如下：
3. 根据权利要求1或2所述的三维打印支撑的生成方法，其特征在于，能量传递系数 a与三维打印材料的粘滞特性相关；优选地，能量传递系数a还与三维打印机的功能參数 和/或打印參数相关；能量传递系数a还与打印经验值相关
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的三维打印支撑的生成方法，其特征在于，临 界參数值Q与三维打印材料的粘滞特性相关；优选地，临界參数值Q还与三维打印机的 功能參数和/或打印參数相关；优选地，临界參数值Q还与打印经验值相关；优选地，
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的三维打印支撑的生成方法，其特征在于，获取支 撑參数值的公式如下： (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}， BGS2US3,S3={BILabS2C}，其中，C为三维打印层的层厚；和/或， (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}，
6. -种三维打印支撑的生成系统，其特征在于，包括： 网格模型获取模块，用于获取打印物体的三维网格模型； 支撑參数获取模块，用于根据三维网格模型上节点高度从下向上的顺序获取三维网格 模型上节点的支撑參数值，其公式如下： (I)P⑷=P眶，AGS={AIHa=H_}; (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}， AGS1= {A|HA>Hmin}，BGS2= {B|Hb<Ha}; 其中，P(A)、P(B)为三维网格模型上节点A、节点B的支撑參数值，HA、HB为节点A、节点B在三维网格模型上的高度，Lab为连接节点A与节点B的边AB的长度，0 为边AB与水平 面之间的夹角，a为能量传递系数，Pmax为支撑參数值的最大值，Hniin*三维网格模型上节 点高度的最小值； 可打印性获取模块，用于根据预设的临界參数值Q与支撑參数值P(A)获取节点A的可 打印性； 支撑基点获取模块，用于根据不可打印的节点A获取支撑基点Z;
其中，Laz为连接节点A与支撑基点Z的边AZ的长度，0AZ为边AZ与水平面之间的夹 角，Sm为在打印平台上节点高度满足HM=0的点M的集合，S 在三维网格模型上节点高 度满足HN<HA的点N的集合，Sp为三维网格模型上处于表面的节点P的集合； 打印支撑生产模块，用于根据节点A和支撑基点Z为端点生成支撑杆件作为节点A的 三维打印支撑，并将节点A的支撑參数值修正为P(A) =P_。
7. 根据权利要求6所述的三维打印支撑的生成系统，其特征在于，在支撑基点获取模 块，f(| 9AZ|)的函数关系式如下：
8. 根据权利要求6或7所述的三维打印支撑的生成系统，其特征在于，在支撑參数获取 模块中，获取支撑參数值的公式如下： (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}， BGS2US3,S3={BILabS2C}，其中，C为三维打印层的层厚；和/或， (II ) P ⑷=max {P〇) -Lab X I 0 ABI X a}，
9. 根据权利要求6-8中任一项所述的三维打印支撑的生成系统，其特征在于，在支撑 參数获取模块中，能量传递系数a与三维打印材料的粘滞特性相关；优选地，能量传递系 数a还与三维打印机的功能參数和/或打印參数相关；能量传递系数a还与打印经验值
10. 根据权利要求6-9中任一项所述的三维打印支撑的生成系统，其特征在于，在可打 印性获取模块中，临界參数值Q与三维打印材料的粘滞特性相关；优选地，临界參数值Q还 与三维打印机的功能參数和/或打印參数相关；优选地，临界參数值Q还与打印经验值相
【专利摘要】本发明公开了一种三维打印支撑的生成系统及生成方法，包括：获取打印物体的三维网格模型，根据三维网格模型上节点高度从下向上的顺序获取三维网格模型上节点的支撑参数值，根据预设的临界参数值与支撑参数值获取该节点的可打印性，根据不可打印节点获取支撑基点，以不可打印节点和支撑基点为端点生成支撑杆件作为所述不可打印节点的三维打印支撑。本发明中，通过为三维网格模型上的节点设置支撑参数值用于衡量节点的支撑稳定性，可以精确地获取三维打印系统的可打印性，在可打印性前提下通过设置打印支撑，减少三维打印的材料消耗，节省了三维打印成本，打印支撑对打印物体的伤害较小。
【IPC分类】B29C67-00, B22F3-115, G06F3-12, B33Y50-00
【公开号】CN104626583
【申请号】CN201510033323
【发明人】王士玮, 刘利刚, 王康, 张鹏, 杨周旺
【申请人】合肥阿巴赛信息科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月22日