[发明专利]一种生成3D打印模型的树形支撑结构的方法

说明书

本发明属于3D打印的技术领域，并公开了一种生成3D打印模型的树形支撑结构的方法。该方法包括下列步骤：S1识别待打印的3D模型的待支撑区域，并进行网格划分，获得第一层支撑节点；S2将支撑区域划分为多个子区域，采用基于局部质心的计算方法获取新生成的支撑点，并根据新支撑点的位置情况以及新支撑点与模型网格之间的干涉情况构建支撑的树枝结构，最后将新生成的支撑点更新到支撑点集合中；S3重复步骤S2直到支撑点集合为空，由此生成层次化的树形支撑结构。通过本发明，实现快速高效地生成支撑结构，并保证支撑树枝具有合理的直径大小，最终使得支撑结构具有较高的稳定性。

技术领域

本发明属于3D打印的技术领域，更具体地，涉及一种生成3D打印模型的树形支撑结构的方法。

背景技术

在3D打印领域，并不是所有的模型都可以直接进行制造，例如对于具有悬垂区域的模型，往往需要在模型的悬垂区域添加支撑结构，从而确保模型能够被成功打印。否则，没有添加支撑的悬垂区域则会在打印过程中出现坍塌，变形从而导致打印失败。当前的支撑算法从某种程度上效率不高，并且支撑的结构形式并不是高效，因此本专利提出一种高效的支撑生成算法，在3D打印软件处理中成为重要的研究方向。

在3D打印中，模型的支撑算法的往往要经过下列过程组成：支撑区域的识别过程，支撑点采样过程以及支撑结构生成过程。其中悬垂区域的识别广泛采用的是基于STL模型的三角面片判别的方法，如果三角面片的法向矢量与Z轴的夹角大于临界角度α_max,则该三角形被识别为待支撑三角形。这个角度α_max称为最大倾斜角度。该α_max与具体的工艺和打印材料相关，因此可以通过实验获得具体的值，所有相邻的待支撑三角形组成一个完整的支撑区域，显然，一个模型可能包含多个支撑区域。

在所有的支撑点中生成树形支撑结构，通知保证生成的树枝长度最短。这在3D空间中生成树形支撑生成方式可以被描述成为欧几里得Steiner最小生成树问题(EuclideanSteiner Minimal Tree problem,ESMT)，具有至少NP的复杂度，当前大部分的工作是在2D空间中给出解决方案。Toppur等人给出了在3D空间生成最小树方法，但是该方法的复杂度是O(n²)；最近Vanke等人提出了一种聪明的树形支撑结构方法，他们采用了一种基于几何模型的支撑形式来减少支撑材料的使用。在实现方式上，他们采用每次在3D空间中寻找最近的两个支撑点，并在其相交区域通过面扫描算法来计算新生成的点，直到所有的支撑点都处理完毕结束，假定支撑点的数量是n，则Vanke的算法的时间复杂度是O(n²)；MeshmixerTM软件也可以提供支撑结构生成，但是该支撑方法并不公开，其次树形支撑的生成效率不高，其次，生成的树枝结构是扭曲的，并且是等直径的树枝结构，这种支撑结构可以通过使用类截圆锥状的树枝结构进行优化，从而可以减少支撑材料的使用。支撑生成算法对3D打印软件的应用性起着重要的作用，首先，低效率的支撑算法严重影响3D打印软件的客户体验，其次，臃肿的支撑结构，则增加了模型整体的打印时间，以及耗材成本的增加，因此，迫切需要提出一种快速高效的支撑算法来提高3D打印软件的高效性和应用型。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生成3D打印模型的树形支撑结构的方法，本发明通过对待打印的3D模型的支撑面进行分层分区处理，以此建立树形支撑结构，其中每层的支撑点通过上一层的支撑点计算获取，每层的树枝的形状呈圆台状，该支撑结构能有效缓解抖动现象，提供更好的支撑稳定性，同时使用支撑材料少，且计算时间短，效率高。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种生成3D打印模型的树形支撑结构的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1构建第一层支撑点

对于待打印的3D模型，识别该模型的待支撑区域，并将该待支撑区域作为第一层支撑区域，将该待支撑区域进行网格划分，每个网格节点为一个支撑点；