[发明专利]FDM快速成型机的支撑生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速成型机的支撑生成方法，尤其涉及一种FDM快速成型机的支撑生成方法。

背景技术

FDM即熔融堆积成型系统，FDM快速成型机通过计算机控制的加热头把材料加热变软，在CAD分层数据控制下，挤出半流动状态的熔丝材料，并将3D的模型层层堆栈出来。FDM快速成型机每层厚度为0.025～0.762mm，一层叠一层最后形成整个零件模型。

目前快速成型机的支撑自动生成方法包括：BOX型支撑自动生成方法、基于投影区域的支撑自动生成方法、基于层片布尔运算的支撑自动设计方法、基于零件STL格式的支撑自动生成方法等。支撑自动生成方法各有优势，但是没有一种方法既可以提高支撑生成的准确性和快速性，又可以减少支撑运算的复杂程度、节省支撑材料，明显解决快速成型加工的瓶颈技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效提高FDM快速成型机成型加工速度，并且鲁棒性强，对任何形状复杂的制件都通用的快速准确的支撑生成方法。

本发明是这样来实现的：根据FDM工艺特点，从STL模型分层后的层片文件入手，采用将层片文件预填充转化为二维线段后进行求差、并的几何运算得到支撑线段，在进行上下层面二维线段的求差、并运算时不直接进行各端点坐标浮点数的逻辑判断比较，而是对各点进行合并排序并附加状态标志，然后根据一条线段中首末两点的状态位直接实现该线段的去除或保留，将多边形区域集合运算转化为1D元素集合运算的同时、简化了线段逻辑判断比较运算，大大提高了支撑生成速度；对生成的支撑根据实际加工工艺和材料性质进行隔层交叉和长度缩减，提出根据度数来确定成型零件支撑需要与否的方法。

本发明的优点是：为FDM快速成型机制作形状复杂制件提供准确快速的支撑生成，提高快速成型加工速度，解决快速成型技术的瓶颈问题。

附图说明

图1为本发明各层面采用相同基准填充转化为二维线段示意图。

图2为本发明上下层对应线段通过状态位求差并原理示意图。

图3本发明为通过倾斜度数判断成型零件需要支撑与否的原理示意图。

图4为本发明多余支撑添加示意图。

图5本发明的缩减流程图

具体实施方式

如图3所示，根据材料阀值与分层厚度的关系求得支撑临界角度，若成型零件在该角度范围内则不需要加支撑，否则进行如图1所示支撑生成运算，在STL分层后的层片文件基础上进行预填充转化为二维线段，然后上下层对应线段进行求支撑时按图2所示附加状态标志，按表1所示法则实现支撑线段的去除或保留。两个相互垂直方向分别填充求得支撑线段后交替隔层输出支撑线段，实现隔层交叉填充。对生成后的支撑线段继续进行逐层缩减，节省制作材料。

本实施例层片多边形区域预填充转化为二维填充线段，利用扫描线段预填充层面轮廓时确保：

①各层的对应扫描线应位于同一平行于z向的平面内，上下层应叠合在同一平面上进行同方向填充。由于各个层面轮廓形状不尽相同，用以下方法为各层确定相同的填充基准：先读取所有层片轮廓，找出所有层中最大的Y_max和最小的Y_min(假设统一沿水平方向填充，若竖直方向填充则找出X_max，X_min)，即找出其形状极值而非单个层面极值，以此极值作为扫描线的极限值等间距填充所有层，如图1所示。

②为避免支撑和本体间的不必要接触以便支撑去除，求扫描线和层面轮廓交点时，

式中δ为扫描线间距，N为扫描线总数，y_min，y_max为零件形状极值Y_max、将所有层的原始轮廓向实体区域外偏置一个微小距离，再用得到的新轮廓和扫描线进行求交点运算。

其中，扫描线与轮廓多边形求交点运算为：

设扫描线为：

y＝y_min+δ*i，i＝1，2…N，y_min≤y≤y_max  (1)

Y_min。现要求所有扫描线与多边形的交点，即求出线扫描线的端点坐标，计算扫描线端点就是求出扫描线与轮廓线的交点。依照方程(1)设其中一条扫描线方程为：

y＝c                                   (2)