支撑结构的确定方法、确定装置、存储介质和电子设备与流程

本技术涉及3d打印结构优化，具体而言，涉及一种支撑结构的确定方法、确定装置、计算机可读存储介质和电子设备。

背景技术：

1、3d打印是一种以材料逐层叠加的方式制造三维实体的增材制造技术，其克服了目前传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，实现任意复杂结构部件的简单化生产。当前3d打印技术类型多样，工艺实现细节也相差较大，但在成型工艺过程中，通过添加额外的辅助支撑结构以提升模型打印成功率，几乎是必须工艺步骤。支撑结构设计是否合理，如支撑不足等，都将直接影响模型打印的成型精度和成功率。

2、随着结构仿真cae(computer aided engineering，计算机辅助工程)技术的成熟以及3d打印技术的发展，基于力学仿真方法解决3d打印相关工艺困难点的研究逐渐成为热点，而在dlp(digital light processing，数字光处理)3d打印技术中基于支撑力学性能仿真方法指导支撑结构设计将是非常高效有意义的。目前支撑结构的类型多种多样，有树叉型、脚手架型、立柱型等，但几乎都是通过模型几何特征和实践经验生成，目前缺乏准确合理的评估方法。

3、目前大多数支撑结构设计都采用几何特征检测与经验相结合的方法，即通过模型适印性特征的检测，来大致确定支撑结构接触点的位置，再通过大量的3d打印实践对支撑的疏密进行简单调节。例如：根据通过检测模型轮廓中出现与垂直面夹角大于45°时，在斜面按照等间距或其它自定义分布，或借鉴经验手动设置支撑。

4、现有支撑确定方法仅从几何角度，通过检测模型适印性几何特征进行添加支撑，虽然借鉴了部分3d打印实践经验进行优化，但依然过于简单，不能从结构性能的本质上解决问题。该方法生成的支撑结构通常存在拓扑结构不合理、结构冗余、成型效率低、成型精度等问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种支撑结构的确定方法、确定装置、计算机可读存储介质和电子设备，以至少解决现有技术确定的支撑结构不合理，造成3d打印过程中三维模型容易脱落的问题。

2、为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种支撑结构的确定方法，包括：获取打印模型的数据文件和材料属性参数，打印模型为待打印的三维模型；根据数据文件和材料属性参数，生成初始支撑结构和包括初始支撑结构的目标有限元模型；确定目标有限元模型是否符合应力强度条件；在目标有限元模型不符合应力强度条件的情况下，对目标有限元模型中的初始支撑结构进行调整，使得调整后的目标有限元模型符合应力强度条件，得到目标支撑结构；根据目标支撑结构，对打印模型进行3d打印。

3、可选地，根据数据文件和材料属性参数，生成初始支撑结构和包括初始支撑结构的目标有限元模型，包括：根据数据文件和材料属性参数，生成打印模型的有限元模型，得到第一有限元模型；根据数据文件，生成初始支撑结构的参数化文件，初始支撑结构为在打印过程中支撑打印模型的结构；根据参数化文件生成初始支撑结构的有限元模型，得到第二有限元模型；根据参数化文件合并第一有限元模型和第二有限元模型，得到包括初始支撑结构和打印模型的目标有限元模型。

4、可选地，根据参数化文件生成初始支撑结构的有限元模型，得到第二有限元模型，包括：根据参数化文件，对初始支撑结构进行划分和建模，得到第二有限元模型。

5、可选地，根据参数化文件合并第一有限元模型和第二有限元模型，得到包括初始支撑结构和打印模型的目标有限元模型，包括：根据参数化文件，确定初始支撑结构与打印模型之间连接节点的位置坐标，得到接触位置坐标；根据接触位置坐标，确定第一有限元模型中与连接节点距离最近的多面体单元，得到目标多面体单元；利用有限元方法中的多点约束方程，将目标多面体单元与第二有限元模型进行力学关系的耦合和传递，得到初始有限元模型；对初始有限元模型施加边界约束和载荷约束，得到目标有限元模型。

6、可选地，根据接触位置坐标，确定第一有限元模型中与连接节点距离最近的多面体单元，得到目标多面体单元，包括：根据接触位置坐标，采用构建k-d树的算法，确定第一有限元模型中与连接节点距离最近的多面体单元，得到目标多面体单元。

7、可选地，确定目标有限元模型是否符合应力强度条件，包括：计算目标有限元模型中所有节点的应力，得到目标应力分布，以及根据数据文件计算目标有限元模型中所有节点的位移变形，得到目标位移分布，位移变形包括打印模型与目标有限元模型中对应节点的位移量以及初始支撑结构与目标有限元模型中对应节点的位移量；根据目标应力分布和目标位移分布，确定目标有限元模型是否符合应力强度条件，在目标有限元模型中节点的应力小于或者等于材料的屈服应力的情况下，确定目标有限元模型中节点符合应力强度条件。

8、可选地，根据数据文件和材料属性参数，生成打印模型的有限元模型，得到第一有限元模型，包括：根据数据文件对打印模型进行网格划分，得到网格模型数据；根据网格模型数据和材料属性参数，采用多面体单元，构建打印模型的有限元模型，得到第一有限元模型。

9、可选地，对目标有限元模型中的初始支撑结构进行调整，包括：根据目标有限元模型中不符合应力强度条件的节点，对目标有限元模型中的初始支撑结构中的连接杆进行增加和删除。

10、根据本技术的另一方面，提供了一种支撑结构的确定装置，包括：获取单元，用于获取打印模型的数据文件和材料属性参数，打印模型为待打印的三维模型；生成单元，用于根据数据文件和材料属性参数，生成初始支撑结构和包括初始支撑结构的目标有限元模型；确定单元，用于确定目标有限元模型是否符合应力强度条件；调整单元，用于在目标有限元模型不符合应力强度条件的情况下，对目标有限元模型中的初始支撑结构进行调整，使得调整后的目标有限元模型符合应力强度条件，得到目标支撑结构；打印单元，用于根据目标支撑结构，对打印模型进行3d打印。

11、可选地，生成单元包括：第一生成子单元，用于根据数据文件和材料属性参数，生成打印模型的有限元模型，得到第一有限元模型；第二生成子单元，用于根据数据文件，生成初始支撑结构的参数化文件，初始支撑结构为在打印过程中支撑打印模型的结构；第三生成子单元，用于根据参数化文件生成初始支撑结构的有限元模型，得到第二有限元模型；合并子单元，用于根据参数化文件合并第一有限元模型和第二有限元模型，得到包括初始支撑结构和打印模型的目标有限元模型。

12、根据本技术的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行任意一种的支撑结构的确定方法。

13、根据本技术的又一方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器，存储器，以及一个或多个程序，其中，一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行任意一种的支撑结构的确定方法。

14、应用本技术的技术方案，首先获取待打印的三维模型的数据文件和材料属性参数，然后根据数据文件和材料属性参数生成初始支撑结构以及包括初始支撑结构的目标有限元模型；再确定目标有限元模型是否符合应力强度条件；在目标有限元模型不符合应力强度条件时，对目标有限元模型中的初始支撑结构进行调整，使得调整后的目标有限元模型符合应力强度条件，得到目标支撑结构；最后根据目标支撑结构，对打印模型进行3d打印。与现有技术中支撑结构因难以高效准确分析而产生不合理设计，从而导致3d打印过程中出现各种问题相比，本技术通过根据打印模型的数据文件和材料属性参数生成初始支撑结构以及包括初始支撑结构的目标有限元模型，并确定目标有限元模型中是否符合应力强度条件，在不符合时，对目标有限元模型中的初始支撑结构进行了调整，保证了得到的目标支撑结构较好，也就是说，能够根据模型与支撑的实际受力结果指导模型的支撑结构设计，判断支撑结构设计是否合理，强度是否足够支撑模型以确保模型打印成功，即避免了在3d打印过程中由于支撑结构不合理而导致三维模型脱落，保证了三维模型不掉版，且有效改善了因支撑结构不足导致的模型形变，保证了最终打印出来的三维模型的精度较高。此外，通过本技术的技术方案，合理设计支撑结构的同时，可以判断是否存在冗余支撑结构，进而减少模型中冗余的支撑结构，以此，减少打印材料的消耗，节约成本。