[发明专利]一种三维打印支撑的生成系统及生成方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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。

本发明提出的一种三维打印支撑的生成方法，包括：

S1、获取打印物体的三维网格模型；

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：

(Ⅰ)P(A)＝P_max，A∈S＝{A|H_A＝H_min}；

(Ⅱ)P(A)＝max{P(B)-L_AB×|θ_AB|×α}，

A∈S₁＝{A|H_A＞H_min}，B∈S₂＝{B|H_B＜H_A}；

其中，P(A)、P(B)为三维网格模型上节点A、节点B的支撑参数值，H_A、H_B为节点A、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_AB为边AB与水平面之间的夹角，α为能量传递系数，P_max为支撑参数值的最大值，H_min为三维网格模型上节点高度的最小值；

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P(A)＜Q时节点A不可打印；

S4、根据不可打印的节点A获取支撑基点Z：