用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法技术

本发明专利技术提供了一种用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法。在根据本发明专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中，根据待打印实体的3D模型，可得到待打印实体中需要支撑的悬垂结构的3D模型，对悬垂结构添加支撑结构，其中支撑结构的支撑位以正态分布方式布置，得到近似呈正态分布的支撑结构的3D模型，可以实现悬垂结构的关键部位支撑位分布密集，而非关键部位支撑位分布稀疏，从而既节省材料、易于清除支撑结构，又有效发挥了支撑作用，使支撑位布置更趋合理。

Method for generating support positions based on normal distribution for suspended structures in additive manufacturing

The invention provides a generating method for arranging support positions based on normal distribution for suspension structures in material adding manufacturing. According to the method of generating support position for suspension structure based on normal distribution in material adding manufacturing according to the present invention, according to the 3D model of the entity to be printed, a 3D model of the suspension structure to be supported in the entity to be printed can be obtained, and a support structure is added to the suspension structure, in which the support position of the support structure is normal distribution. The three-dimensional model of the support structure with normal distribution is obtained. The distribution of the support positions in the key parts of the suspension structure is dense, but the distribution of the support positions in the non-key parts is sparse. This not only saves materials, but also makes the support structure easy to remove, but also plays a supporting role effectively, which makes the support position arrangement more reasonable.

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法。
技术介绍
增材制造技术采用层层堆积原理来成形工件，因此在成形工件时，需要给工件的悬垂结构添加支撑结构以防止工件坍塌或翘曲变形，提高成形精度。支撑结构需要在打印完成后去除，因此在设计支撑结构时还要考虑支撑结构是否容易去除，支撑结构的支撑位布置的越多，支撑结构与工件接触面积越大，越不易去除。对于悬垂结构，当其悬垂长度达到一定程度时，给悬垂结构添加支撑结构。目前常用均匀分布的支撑结构设计，如果支撑过密，会造成材料浪费且支撑结构难以去除，如果支撑稀疏，又起不到有效支撑的作用，造成坍塌或翘曲变形，甚至不能成形。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法，其既能节省材料、易于清除支撑结构，又有效发挥了支撑作用，使支撑位布置更趋合理。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法，包括步骤：S1，根据待打印实体的3D模型，确定待支撑的悬垂结构的类型和悬垂结构的特征信息，悬垂结构的特征信息包括悬垂结构的悬垂表面的悬垂长度d，悬垂结构的类型包括单臂悬垂结构和双臂悬垂结构；S2，根据步骤S1得到的悬垂结构的类型和悬垂结构的特征信息，沿悬垂长度方向用正态分布函数描述用于支撑悬垂表面的支撑结构的多个支撑位的分布，建立支撑结构的支撑位分布的概率密度函数f(x)；S3，将悬垂长度d分为多个离散区间，将步骤S2中得到的支撑结构的支撑位分布的概率密度函数f(x)离散化，得到各离散区间内的支撑结构的支撑位分布的概率密度函数；S4，根据步骤S3中得到的各离散区间内的支撑结构的支撑位分布的概率密度函数，得到各离散区间内支撑结构中相邻支撑位之间的支撑间距；S5，将步骤S4中得到的各离散区间内支撑结构中相邻支撑位之间的支撑间距在支撑设计软件中设置，生成近似呈正态分布的支撑结构的3D模型。本专利技术的有益效果如下：在根据本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中，根据待打印实体的3D模型，可得到待打印实体中需要支撑的悬垂结构的3D模型，对悬垂结构添加支撑结构，其中支撑结构的支撑位以正态分布方式布置，得到近似呈正态分布的支撑结构的3D模型，可以实现悬垂结构的关键部位支撑位分布密集，而非关键部位支撑位分布稀疏，从而既节省材料、易于清除支撑结构，又有效发挥了支撑作用，使支撑位布置更趋合理。附图说明图1是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑双臂悬垂结构的3D模型图；图2是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑双臂悬垂结构的正视图；图3是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑双臂悬垂结构的俯视图；图4是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中双臂悬垂结构的示意图；图5是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中将双臂悬垂结构的悬垂长度分为多个离散区间的示意图；图6是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑单臂悬垂结构的3D模型图；图7是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑单臂悬垂结构的正视图；图8是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中支撑结构支撑单臂悬垂结构的俯视图；图9是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中单臂悬垂结构的示意图；图10是本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法中将单臂悬垂结构的悬垂长度分为多个离散区间的示意图；其中，附图标记说明如下：1悬垂结构2支撑结构11悬垂表面21支撑位111自由端面L悬垂长度方向12单臂悬垂结构O坐标原点121单支撑臂D离散区间13双臂悬垂结构H悬垂高度131第一双支撑臂W工作面132第二双支撑臂具体实施方式下面参照附图来详细说明根据本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构基于正态分布布置支撑位的生成方法。参照图1至图10，本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构1基于正态分布布置支撑位21的生成方法，包括步骤：S1，根据待打印实体的3D模型，确定待支撑的悬垂结构1的类型和悬垂结构1的特征信息，悬垂结构1的特征信息包括悬垂结构1的悬垂表面11的悬垂长度d，悬垂结构1的类型包括单臂悬垂结构12和双臂悬垂结构13；S2，根据步骤S1得到的悬垂结构1的类型和悬垂结构1的特征信息，沿悬垂长度方向L用正态分布函数描述用于支撑悬垂表面11的支撑结构2的多个支撑位21的分布，建立支撑结构2的支撑位21分布的概率密度函数f(x)；S3，将悬垂长度d分为多个离散区间D，将步骤S2中得到的支撑结构2的支撑位21分布的概率密度函数f(x)离散化，得到各离散区间D内的支撑结构2的支撑位21分布的概率密度函数；S4，根据步骤S3中得到的各离散区间D内的支撑结构2的支撑位21分布的概率密度函数，得到各离散区间D内支撑结构2中相邻支撑位21之间的支撑间距；S5，将步骤S4中得到的各离散区间D内支撑结构2中相邻支撑位21之间的支撑间距在支撑设计软件中设置，生成近似呈正态分布的支撑结构2的3D模型。在根据本专利技术的用于增材制造中针对悬垂结构1基于正态分布布置支撑位21的生成方法中，根据待打印实体的3D模型，可得到待打印实体中需要支撑的悬垂结构1的3D模型，对悬垂结构1添加支撑结构2，其中支撑结构2的支撑位21以正态分布方式布置，得到近似呈正态分布的支撑结构2的3D模型，可以实现悬垂结构1的关键部位支撑位21分布密集，而非关键部位支撑位21分布稀疏，从而既节省材料、易于清除支撑结构2，又有效发挥了支撑作用，使支撑位21布置更趋合理。在这里补充说明的是，如图1和图2以及图6和图7所示，支撑位21示意为是具有一定体积的柱状的实体支撑杆，但根据实际需要也可以是锥形或树状等形状的实体支撑杆，支撑位21的高度(即实体支撑杆的高度)与悬垂结构1的悬垂高度H一致。参照图5和图10，步骤S2包括步骤：S21，悬垂结构1设置于工作面W上；单臂悬垂结构12包括单支撑臂121；双臂悬垂结构13包括第一双支撑臂131和第二双支撑臂132；如果悬垂结构1的类型为单臂悬垂结构12，则以工作面W上位于单臂悬垂结构12的单支撑臂121和悬垂表面11的自由端面111之间的一点为坐标原点O、悬垂表面11的悬垂长度方向L为X轴、垂直于悬垂表面11的方向为Z轴建立坐标系O-XZ；如果悬垂结构1的类型为双臂悬垂结构13，则以工作面W上位于双臂悬垂结构13的第一双支撑臂131和第二双支撑臂132之间的一点为坐标原点O、悬垂表面11的悬垂长度方向L为X轴、垂直于悬垂表面11的方向为Z轴建立坐标系O-XZ；用正态分布函数建立用于描述支撑结构2的支撑位21分布的概率密度函数模型fM(x)：其中，A为正数，用于调整支撑结构2中支撑位21分布的疏密；μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增材制造中针对悬垂结构(1)基于正态分布布置支撑位(21)的生成方法，包括步骤：S1，根据待打印实体的3D模型，确定待支撑的悬垂结构(1)的类型和悬垂结构(1)的特征信息，悬垂结构(1)的特征信息包括悬垂结构(1)的悬垂表面(11)的悬垂长度d，悬垂结构(1)的类型包括单臂悬垂结构(12)和双臂悬垂结构(13)；S2，根据步骤S1得到的悬垂结构(1)的类型和悬垂结构(1)的特征信息，沿悬垂长度方向(L)用正态分布函数描述用于支撑悬垂表面(11)的支撑结构(2)的多个支撑位(21)的分布，建立支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数f(x)；S3，将悬垂长度d分为多个离散区间(D)，将步骤S2中得到的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数f(x)离散化，得到各离散区间(D)内的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数；S4，根据步骤S3中得到的各离散区间(D)内的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数，得到各离散区间(D)内支撑结构(2)中相邻支撑位(21)之间的支撑间距；S5，将步骤S4中得到的各离散区间(D)内支撑结构(2)中相邻支撑位(21)之间的支撑间距在支撑设计软件中设置，生成近似呈正态分布的支撑结构(2)的3D模型。...

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造中针对悬垂结构(1)基于正态分布布置支撑位(21)的生成方法，包括步骤：S1，根据待打印实体的3D模型，确定待支撑的悬垂结构(1)的类型和悬垂结构(1)的特征信息，悬垂结构(1)的特征信息包括悬垂结构(1)的悬垂表面(11)的悬垂长度d，悬垂结构(1)的类型包括单臂悬垂结构(12)和双臂悬垂结构(13)；S2，根据步骤S1得到的悬垂结构(1)的类型和悬垂结构(1)的特征信息，沿悬垂长度方向(L)用正态分布函数描述用于支撑悬垂表面(11)的支撑结构(2)的多个支撑位(21)的分布，建立支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数f(x)；S3，将悬垂长度d分为多个离散区间(D)，将步骤S2中得到的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数f(x)离散化，得到各离散区间(D)内的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数；S4，根据步骤S3中得到的各离散区间(D)内的支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数，得到各离散区间(D)内支撑结构(2)中相邻支撑位(21)之间的支撑间距；S5，将步骤S4中得到的各离散区间(D)内支撑结构(2)中相邻支撑位(21)之间的支撑间距在支撑设计软件中设置，生成近似呈正态分布的支撑结构(2)的3D模型。2.根据权利要求1所述的用于增材制造中针对悬垂结构(1)基于正态分布布置支撑位(21)的生成方法，其特征在于，步骤S2包括步骤：S21，悬垂结构(1)设置于工作面(W)上；单臂悬垂结构(12)包括单支撑臂(121)；双臂悬垂结构(13)包括第一双支撑臂(131)和第二双支撑臂(132)；如果悬垂结构(1)的类型为单臂悬垂结构(12)，则以工作面(W)上位于单臂悬垂结构(12)的单支撑臂(121)和悬垂表面(11)的自由端面(111)之间的一点为坐标原点(O)、悬垂表面(11)的悬垂长度方向(L)为X轴、垂直于悬垂表面(11)的方向为Z轴建立坐标系O-XZ；如果悬垂结构(1)的类型为双臂悬垂结构(13)，则以工作面(W)上位于双臂悬垂结构(13)的第一双支撑臂(131)和第二双支撑臂(132)之间的一点为坐标原点(O)、悬垂表面(11)的悬垂长度方向(L)为X轴、垂直于悬垂表面(11)的方向为Z轴建立坐标系O-XZ；用正态分布函数建立用于描述支撑结构(2)的支撑位(21)分布的概率密度函数模型fM(x)：其中，A为正数，用于调整支撑结构(2)中支撑位(21)分布的疏密；μ为均值，表示概率密度函数模型fM(x)对应的正态分布曲线的最高峰处的位置坐标；σ为均方差，用于调整沿悬垂长度方向(L)的不同区域的支撑位(21)分布密度；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：康进武，张小川，融亦鸣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11