用于制造三维物体的方法、支撑结构及支撑结构生成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于快速成型技术领域，具体涉及一种用于制造三维物体的方法、支撑结构及支撑结构生成方法。
【背景技术】
[0002]快速成型技术(Rapid Prototyping，简称RP)是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，该技术是将粉末状材料逐层叠加，并通过层层熔化而建造形成三维工件，该技术可以制造一些传统工艺难以完成的复杂形状的三维工件。但在特殊的工件结构中，例如金属材质且为悬垂结构，该工艺过程中会产生悬垂物和发生翘曲变形，影响工件的形状精度和尺寸精度，更严重时甚至会导致建造失败。为避免上述问题目前常用的方法是通过设计外部支撑结构来保证建造过程的稳定性，并在工件建造完成后用其他特定工艺将支撑结构去除。支撑结构的制造像工件的制造一样，需要消耗时间、能源和原材料，因此支撑结构不但影响着制造工件的成本，同样如果支撑结构复杂、众多的话，也影响着制造工件的效率。
[0003]现有的技术中，支撑结构为纵横设置的若干个柱状支撑结构单元形成，通过调节支撑结构单元之间的距离，以及支撑结构与工件连接处的齿形结构来调整支撑结构强度。该支撑结构由于体积较大，因此造成了较大的材料浪费，同时也降低了工件的制造效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种可以减少用于生成支撑的粉末材料，从而降低了材料的浪费，同时提高了三维物体制造工艺效率的用于制造三维物体的方法、支撑结构及支撑结构生成方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种用于制造三维物体的支撑结构，其中所述支撑结构的形状为树形，且对于每一制件包括至少一个树形支撑结构。
[0006]进一步优选地，所述树形支撑结构包括叶子、枝干和主干。
[0007]进一步优选地，所述叶子的数量为若干个，且均匀设置在需要支撑区域的下表面。
[0008]—种用于制造三维物体的支撑结构的生成方法，所述方法包括:
根据对制件数据信息的处理获得所有的需要支撑区域；
分别在需要支撑区域与支撑板之间生成树形支撑结构。
[0009]进一步优选地，根据对制件数据信息的处理获得所有的需要支撑区域具体包括: 对制件的数据信息进行处理，查找所有需支撑的区域；
将这些区域进行整合得到所有的需要支撑区域；
其中，整合是指将具有相邻顶点或相邻边的区域整合成一个区域。
[0010]进一步优选地，所述方法还包括:
判断需要支撑区域与支撑板之间是否存在制件本体； 当存在，则将需要支撑区域分成第一区域和第二区域，其中需要支撑区域中与制件本体垂直对应的区域为第一区域，去除第一区域后剩余的需要支撑区域为第二区域。
[0011]进一步优选地，在需要支撑区域与支撑板之间生成树形支撑结构具体包括:
将需要支撑区域垂直投影至支撑板上，得到一平面区域；
用若干个单位区域划分所述平面区域，且所有平面区域的边界均位于单位区域内；将该平面区域划分为若干个区域组，所述若干个区域组包括第一中心区域组和位于第一中心区域组周围的若干个第一非中心区域组，且每个区域组包括若干个单位区域；
在需要支撑区域的下表面分别找出平面区域中若干个区域组分别对应的第二中心区域组以及位于第二中心区域组周围的若干个第二非中心区域组；
从需要支撑区域的下表面的第二中心区域组以及若干个第二非中心区域组向下生成树形支撑结构。
[0012]进一步优选地，所述从需要支撑区域的下表面的第二中心区域组以及若干个第二非中心区域组向下生成树形支撑结构具体包括:
生成主干:以所述第二中心区域组包括的若干个单位区域为底面，分别竖直向下延伸直至支撑板形成若干个第一柱状体；
生成叶子:每一个第二非中心区域组分别向下延伸形成一斜锥体；
生成枝干:每一斜锥体具有锥顶，以锥顶为底面以与基板呈第一倾斜角度的方向向下延伸形成斜柱体，并截止至与主干相交处。
[0013]进一步优选地，在每一个第二非中心区域组分别向下延伸形成一斜锥体之前，还包括:
以每一个所述第二非中心区域组包括的若干个单位区域为底面，分别竖直向下延伸形成若干个第二柱状体，所述第二柱状体高度为H。
[0014]进一步优选地，所述生成叶子具体包括:
从第二非中心区域组中选择最靠近中心区域组的单位区域，记作锥顶区域；
以锥顶区域为底面，竖直向下延伸；
第二非中心区域组的其余单位区域分别以与基板呈第二倾斜角度的方向向下延伸，使得其余单位区域均汇聚到锥顶区域的同一截面，以形成一斜锥体。
[0015]一种用于制造三维物体的方法，所述方法包括:
按照上述所述生成方法生成树形支撑结构；
将树形支撑结构与三维物体合并为待制造工件；
通过将材料逐层的，且在相应位置硬化形成上述待制造工件；
将制得的工件去除树形支撑结构得到所述三维物体。
[0016]本发明用于制造三维物体的支撑结构，由于支撑结构的形状为树形，且对于每一制件包括至少一个树形支撑结构，使得所述树形支撑结构在支撑制件，保证制件不变形的前提下，可以大大减少用于生成支撑结构的材料，从而降低了材料的浪费，并且由于树形支撑结构所需建造体积小，从而大大提高了三维物体的整个制造工艺效率。
[0017]本发明用于制造三维物体的支撑结构的生成方法，通过包括:根据对制件数据信息的处理获得所有的需要支撑区域；分别在需要支撑区域与支撑板之间生成树形支撑结构，使得所述树形支撑结构在支撑制件，保证制件不变形的前提下，可以大大减少用于生成支撑结构的材料，从而降低了材料的浪费，并且由于树形支撑结构所需建造体积小，从而大大提高了三维物体的整个制造工艺效率。
[0018]本发明用于制造三维物体的方法，通过包括采用上述方法生成树形支撑结构，使得所述树形支撑结构在支撑制件，保证制件不变形的前提下，可以大大减少用于生成支撑结构的材料，从而降低了材料的浪费，并且由于树形支撑结构所需建造体积小，从而大大提高了三维物体的整个制造工艺效率。
【附图说明】
[0019]图1为本发明用于制造三维物体的支撑结构提供的结构示意图；
图2为本发明提供的一实施例的叶子结构示意图；
图3为本发明用于制造三维物体的支撑结构提供的一实施例的工作示意图；
图4为本发明用于制造三维物体的支撑结构提供的另一实施例的工作示意图；
图5为本发明用于制造三维物体的支撑结构的生成方法提供的一实施例的方法流程图；
图6为本发明用于制造三维物体的支撑结构的生成方法提供的另一实施例的方法流程图；
图7为本发明提供的一实施例的树形支撑结构具体生成方法的方法流程图；
图8为本发明用于制造三维物体的方法提供的一实施例的方法流程图。
【具体实施方式】
[0020]为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。
[0021]如图1-图4所示，用于制造三维物体的支撑结构，其中所述支撑结构的形状为树形，且对于每一制件4包括至少一个树形支撑结构，所述树形支撑结构包括叶子1、枝干2和主干3。可以理解的是，由于图3中的制件4仅有一个区域需要支撑，因此仅画出了一个树形支撑结构，但如果制件4存在多个区域需要支撑，则会包括多个树形支撑结构。
[0022]由图1、图3和图4所示，所述叶子I的数量为若干个，且均匀设置在需要支撑区域的下表面。具体实施中，相邻叶子I之间的距离可由设计人员根据要求设定，例如，对于某些区域需要加强支撑(制件4的轮廓边缘或者靠近铺粉装置起始位置的区域)，则可以将这些区域的叶子I设置紧凑些，也就是使得相邻叶子I之间的距离小些，而对于一些不需要加强支撑的区域，则可使得相邻叶子I之间的距离适当大些。
[0023]如图5所示，用于制造三维物体的支撑结构的生成方法，所述方法包括以下步骤: 步骤31、根据对制件数据信息的处理获得所有的需要支撑区域；
该步骤中，通过对制件的数据信息进行处理可获得所有需要支撑的区域，具体实施中，某些区域可能具有相邻顶点或相邻边，此时，为了简化工艺，提高工作效率，优选地，可以将具有相邻顶点或相邻边的区域整合成一个区域，这样通过整合后可得到所有的需要支撑区域。
[0024]具体实施中，结合参照图4，所述方法还包括:
判断需要支撑区域与支撑板之间是否存在制件本体； 当存在，则将需要支撑区域分成第一区域和第二区域，其中需要支撑区域中与制件本体垂直对应的区域为第一区域，去除第一区域后剩余的需要支撑区域为第二区域。
[0025]优选地，在上述通过部分区域整合后，还可以对整合后得到的所有需要支撑的区域进行筛选，其中筛选条件由设计人员根据需要设定，例如，该区域距离支撑板太近，不适合形成树形支撑结构，又例如，该区域太小，不适合形成树形支撑结构，这样通过筛选后，将符合条件的区域采用本发明以下步骤生成树形支撑结构，而对于不符合条件的区域采用现有支撑结构(由纵横设置的若干个柱状支撑结构单元形成)支撑，通过上述方式筛选，可针对制件的具体形状实现更好地支撑，而且也提高了整个制件制造的工作效率。
[0026]步骤32、分别在需要支撑区域与支撑板之间生成树形支撑结构。
[0027]该步骤中的支撑板，其主要用于支撑树形支撑结构，在此需说明的是，通过上述步骤31获得的所有需要支撑区域中，当某需要支撑区域属于上述第一区域(该区域下存在制件本体)，则所述支撑板为该第一区域下存在的制件本体，即所述树形支撑结构生产在该制件本体上；而除了第一区域外剩余的所有需要支撑区域，其所述支撑板为承载制件的基板。
[0028]该步骤中，对每一个需要支撑区域生成树形支撑结构，具体实施中，可以采用不同方式实现生成树形支撑结构，以下图6给出了一种生成树形支撑结构的方式，但本发明不限于该种实现方式，另外，对每一个需要支撑区域优选生成一个树形支撑结构。
[0029]图6为本发明用于制造三维物体的支撑