[发明专利]一种基于STL文件的3D打印支撑结构设计方法

说明书

一种基于STL文件的3D打印支撑结构设计方法，包括以下步骤：利用3D建模软件对模型进行三维建模，并导出STL文件，读取STL文件，读取其中的三角面片顶点及法向量信息，定义临界角，将所读取的三角面片信息进行整合，将待支撑区域向工作平面投影成二维投影区域，得到需要支撑的部分，进行采样点采样，生成支撑结构，将所有的顶点坐标、法向量坐标写入STL文件；与现有技术相比，弥补传统的支撑结构存在用量过多，浪费材料，支撑结构难以去除，包含悬吊边，悬吊点等尖角模型的待支撑区域不能检测等问题，基于STL文件的3D打印支撑结构的设计方法，在保证模型嫩巩固稳定打印的前提下，提高了计算效率，节省了打印成本，支撑结构去除更加容易。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是一种基于STL文件的3D打印支撑结构设计方法。

背景技术

熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling，FDM)技术是3D打印技术中常见的一种技术，它是以热塑性材料为打印原料，通过逐层打印的方式来制造产品的技术。打印时将打印材料加热熔融状态，在喷头正下方挤出成丝状，喷头在打印过程中沿着一定的路径不断移动，丝状材料通过喷头挤出在打印平台上，迅速冷却凝固成型。随着熔融沉积制造技术的出现，基于STL文件的支撑结构设计与优化逐渐成为热点。

目前，支撑结构大多是依靠商用切片软件，例如Cura，该切片软件是通过比较三角面片外法向量和Z轴正方向的夹角来判断是否需要添加支撑结构，然后在所需表面下方挤出支撑结构，而支撑结构通常为稀疏密度的网格。这种方法虽然能得到稳定的支撑结构，但是很浪费材料，而且模型成型之后，支撑结构也很难去除，给后处理阶段带来了很大的麻烦。此外一些模型具有尖角形状的待支撑区域，该软件也不会做到100％检测。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种节约材料，便于去除支撑结构，提高计算效率的基于STL文件的3D打印支撑结构设计方法。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于STL文件的3D打印支撑结构设计方法，包括以下步骤：

S1、利用3D建模软件对模型进行三维建模，并导出STL文件；

S2、读取STL文件，读取其中的三角面片顶点及法向量信息；

S3、定义临界角，将三角面片外法向量与Z轴正向之间的夹角和临界角作比较，判断该三角面片是否为待支撑三角面片，依次遍历所有三角面片，最终得到该STL模型的所有待支撑区域；

S4、将所读取的三角面片信息进行整合，检测待支撑区域，分为悬吊面、悬吊边和悬吊点三种。

S5、将待支撑区域向工作平面投影成二维投影区域，得到需要支撑的部分；

S6、在得到待支撑区域的二维投影区域之后，对待支撑区域进行采样点采样；

S7、检查采样点和模型之间的位置关系，得到采样点对应的支撑顶部空间坐标点，依次遍历，最终得到待支撑区域的顶层支撑点矩阵集合；

S8、生成支撑结构；

S9、将所有的顶点坐标、法向量坐标写入STL文件。

作为本发明的一种优选方案，所述S3中三角面片外法向量和Z轴正方向的夹角信息的计算公式为：n·v＝|n|·|v|cosθ。

作为本发明的一种优选方案，所述S4中根据悬吊边的属性对悬吊边进行检测，确保悬吊边的两个三角面片都是非待支撑区域，并且法向矢量相加后向下，悬吊边与底面的夹角小于临界角。

作为本发明的一种优选方案，所述S4中根据悬吊点的属性对悬吊点进行检测，悬吊点的Z坐标值低于与其共线的其它点的Z坐标值，确保包含悬吊点的边不是悬吊边，确保包含悬吊点的面不是悬吊面，悬吊点所在的所有三角面片法向矢量相加后向下。