[发明专利]基于自适应内部支撑结构的3D打印方法

说明书

一种基于自适应内部支撑结构的3D打印方法，包括下述步骤：S1：将支撑结构的基准生物结构图进行图像提取，得到多层网格纹路，作为三维模型内部支撑结构的多个层图；S2：将三维模型逐层分离出多层结构，每一层进行二值化与掏空处理得到多张图片；S3：将步骤S1中得到的每个层图与步骤S2中得到的相应图片进行融合，得到多个最终的切片层结构；S4：根据三维模型强度需求，确定每个切片层中支撑结构的支撑面积；S5：对三维模型分析进行自适应结构设计，并调整强度材料比；S6：通过三维重建算法还原回三维模型并进行打印。

技术领域

本发明应用于模型3D打印内部支撑结构的生成，根据模型不同部位的结构差异，添加两种不同的可以应用于不同结构的内部支撑结构。在保证一定模型强度的情况下，可节省打印材料。

背景技术

3D打印是一种快速成形技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。该项技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

虽然3D打印技术带来了科技的高速发展，同样这种新兴产业也会有多种包括强度、精度、材料限制、成本等问题。特别是可使用材料非常有限，成本高昂且单一。而传统的模型设计为实心结构，虽具有最高的强度，但是由于总体积限制而带来的打印机行走轨迹增长以及材料成倍消耗。为了避免这种问题，最简单的方式即为挖空内部，留下“外壳”。但此类做法会造成强度的下降甚至于失去模型原有的功能。因此在掏空的基础上再内部添加额外的支撑，在保证必要的强度下尽量减少模型材料的使用量，以达到一个平衡的效果。

又因为一般模型具有复杂性，不同部分的力学结构不尽相同，不能用一种内部支撑结构统一处理，这会造成因脆弱部位的强度需求而增大整体的材料用量，进而增加材料的浪费。

发明内容

本发明主要目的是将生物结构通过2D到3D的方式生成3D打印支撑结构。该方法减少了传统实心结构材料消耗大的问题，同时通过自适应算法增加对模型指定方向的受力强度，对保证结构强度、节约打印材料有较好的实际意义与理论研究价值。

本发明通过生物肌体构造的研究，建造类似生物体或其中一部分的机械装置，使模型结构设计更为有根可循。以结构相似性实现其相近功能，亦可对其强度、韧度、实用性进行模拟仿真与实体校验。将3D打印模型设计与仿生技术相结合，即可达到高度优化与协调性的结果，进而提高所设计模型对环境的适应能力。

而晶体结构，例如金刚石，属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能的分子结构。钻石的摩氏硬度为10。由于在自然界物质中硬度最高，因此在本发明中被用于模型的内部支撑结构材料。

因此本发明提出三维模型内部支撑结构设计算法是一种基于生物结构的描述，是从可打印层角度所进行的研究。

本发明的技术方案由如下几个步骤实现：

1)将作为支撑结构的基准生物结构图进行提取，得到完整的纹理结构图像。

2)对得到的纹理图与需要添加内部支撑结构的模型切片进行融合处理，得到完整并附带内支撑结构的切片图。

3)对模型分析进行自适应结构设计，并调整强度材料比。

4)通过三维重建算法还原立体模型。

5)对模型进行模拟实验以验证算法有效性。

下面结合附图和实施步骤对本发明做详细描述。

附图说明

图1为基于骨骼肌的支撑结构设计方案框架；

图2为骨骼肌截面图和基本结构单元裁切；

图3为两种算法结果；