一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法技术

本发明专利技术提供一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，基于支撑线段，通过对支撑线段进行切片，得到当前层的支撑点集合；以支撑点为中心设定矩形影响区域，成功将支撑点转化为支撑轮廓区域；同时，首先通过对模型轮廓进行偏置运算，再通过对支撑轮廓区域和偏置后的模型轮廓进行布尔运算，解决了支撑侵入模型的问题，有效解决了执行打印后模型与支撑分离的问题。本发明专利技术的支撑区域生成方法可以应用于复杂模型自动生成分层支撑轮廓区域，算法逻辑及设计清晰，鲁棒性较好，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法
本专利技术属于计算机辅助制造CAM(Computeraidedmanufacturing)
，具体涉及一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法。
技术介绍
随着计算机技术、材料成型技术的快速发展，3D打印技术成为了当前制造领域广泛应用的一种先进制造技术。利用分层制造的原理，3D打印技术逐层堆积材料以得到设计实现，特别适合制造具有复杂形状与拓扑的三维零件。由于打印过程为“积木式”堆积过程，当打印悬空部位时，挤出头挤出物质无法附着在待打印物体上，需要在打印规划时识别悬空部位并添加支撑以实现悬空部位的正常打印。关于3D打印的模型支撑生成算法，目前已有的相关专利文献如下：中国专利文献CN106293547B(申请号CN201510300613.1)公开了一种3D打印的支撑自动生成方法。该方法的思路为：为导入的STL模型生成虚拟包围盒，并均分成子包围盒；在子包围中，判断三角面片是否需要支撑，对需要支撑的面片生成支撑。该方法设计较为简单，只能针对需要简单支撑比如“H”形模型，不能适用于复杂模型(比如“F”形模型)的支撑识别，适用范围有限。当前3D打印
普遍采用STL模型作为模型数据格式，STL属于一种离散三角面片模型，即用三角面片逼近三维几何模型。识别支撑区域可以通过三角面片的法向量与水平面的夹角来判断是否为需支撑区域，如果为危险面片，它的支撑区域为其下方竖直投影空间内的三棱柱，而狭长的三棱柱在实际打印中不现实，需要合并。由于面片中的点是无序分布的，在后续的支撑区域的生成中存在较大困难。
技术实现思路
为了实现3D打印中支撑区域的识别与支撑的添加，本专利技术提供一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法。一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，包括如下步骤：(1)输入模型面片数据，在XY平面定义网格区域，生成均匀网格节点集合Q；(2)对集合Q内的网格节点分别作垂线，求其与模型的交点，根据交点得到支撑线段的集合W；(3)对集合W内的支撑线段进行切片，求切片层与支撑线段的交点，并将交点作为支撑点按层存入支撑点集合E中；(4)选取支撑点集合E内一切片层为当前切片层，在当前切片层内，以支撑点为中心分别膨胀生成矩形影响区域；(5)对不同支撑点的矩形影响区域求并集，生成原始支撑轮廓区域集合；(6)对原始支撑轮廓区域进行修正；(7)重复步骤(4)～(6)遍历切片层，得到所有切片层的支撑轮廓区域。作为优选，步骤(1)中，所述XY平面可以为与打印平面或者模型切层平面平行的任一平面。作为优选，步骤(1)中，生成网格节点集合Q的步骤为：根据模型面片数据分别获取模型在X、Y方向上的极值，得到包络矩形，即为所述的网格区域；根据包络矩形边长及设定的初始网格边长对网格边长进行优化，得到优化后的网格节点，进而生成网格节点集合Q。此处的包络矩形也可以是其他图形，比如圆形、三角形等等，为了描述方便，此处以矩形为例进行说明。作为优选，选择矩形作为包络图形，矩形设定更易于相邻区域融合，不产生相邻区域的缝隙。具体地，输入的模型面片数据为一个模型文件的所有面片，获取模型在X、Y方向的极限值Xmin、Xmax、Ymin、Ymax，得到包络矩形；为保证网格能够覆盖整个包络矩形，根据模型极值和设定的初始网格边长L0对网格的边长进行调整；作为进一步优选，采用如下公式对初始网格边长进行优化：其中：La1、La2分别为包络矩形的两个边长；a1、a2分别为优化后网格的对应的两个边长，L0为初始网格边长，一般可以根据模型的大小进行人为设定。以X、Y方向构建网格为例，调整后的网格在X方向上的边长同理，其在Y方向上的边长利用上述操作，可以将网格区域细分为NX*NY个网格单元，每个网格单元为矩形，在X、Y方向上的边长分别为ax、ay。每个网格单元的中心为一个网格节点，生成网格节点集合Q。作为另外一种简单可行的方案，也可以以网格单元的顶点作为网格节点进行后续的计算和处理。目的是获得在网格区域内均匀布置的网格节点。作为优选，步骤(2)中，对集合Q内的网格节点分别作垂线，求其与模型的交点，具体步骤如下：2.1选取一未处理的面片作为当前面片，将当前面片向XY平面投影，筛选出位于当前面片投影区域内的网格节点，并添加到临时集合中；2.2选取临时集合中一未处理的网格节点作为当前网格节点，对当前网格节点作垂线，求其与当前面片的交点；重复本步骤，直至临时集合内所有网格节点遍历完毕，得到临时集合内所有网格节点所作垂线与当前面片的交点；2.3重复步骤2.2、2.3，直至所有面片遍历完毕，得到每个网格节点对应的垂线与模型的所有交点。当然，也可以直接以某一个网格节点对应的垂线为基准，直接求取其余所有片面的交点，从而得到该网格节点对应的交点。作为进一步优选，步骤(2)中，筛选出位于当前面片投影区域内的网格节点时，采用面积比较法进行判断。作为更进一步优选，所述面积比较法具体为：针对当前网格节点，求取其与当前面片投影区域的三个顶点中的任两个结合组成的所有三角形的面积之和，如果该面积之和等于当前面片投影区域的面积，则认为当前网格节点在当前面片投影区域内，否则不在当前面片投影区域内。具体地，设当前面片投影后的三角形为ABC，待判定网格节点为D；则D与三角形ABC的三个顶点A、B、C中的任两个结合分别能够组成三角形DAB、三角形DAC、三角形DBC，若三角形DAB、三角形DAC、三角形DBC的面积之和等于三角形ABC的面积，则点D在三角形ABC内部，即待判定点D在当前面片的投影区域内；否则，点D未落在当前面片的投影区域内。作为更进一步优选，步骤(2)中，筛选出位于当前面片投影区域内的网格节点时，首先利用当前面片投影极值进行初次筛选，然后针对初次筛选出的网格节点再采用面积比较法进行判断。具体讲，步骤(2)中，将当前面片投影后，得到其在投影面上的极值，即X方向的Xkmin、Xkmax，以及Y方向的Ykmin、Ykmax，其中k∈[1，i]，i为模型的面片总数；根据坐标比较法，筛选出同时满足Xkmin＜x＜Xkmax和Ykmin＜y＜Ykmax的网格节点。在进行下一步筛选位于当前面片投影区域内的网格节点时，只需从前述筛选出的网格节点中进行二次筛选即可，减少筛选工作量。作为优选，步骤(2)中，根据交点得到支撑线段的集合W的步骤如下：选取一个网格节点所作垂线为当前垂线，将与当前垂线相关的所有交点按照Z坐标排序，依序确定支撑起点和支撑终点，若支撑终点所在面片需要支撑，则生成支撑线段，并将支撑线段添加到集合W中；重复本步骤，直至所有网格节点所作垂线遍历完毕，得到支撑线段的集合W。作为进一步优选，步骤(2)中，对当前垂线相关的交点按照Z坐标进行排序，并依序确定支撑起点和支撑终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)输入模型面片数据，在XY平面定义网格区域，生成均匀网格节点集合Q；/n(2)对集合Q内的网格节点分别作垂线，求其与模型的交点，根据交点得到支撑线段的集合W；/n(3)对集合W内的支撑线段进行切片，求切片层与支撑线段的交点，并将交点作为支撑点按层存入支撑点集合E中；/n(4)选取支撑点集合E内一未遍历的切片层为当前切片层，在当前切片层内，以支撑点为中心分别膨胀生成矩形影响区域；/n(5)对不同支撑点的矩形影响区域求并集，生成原始支撑轮廓区域集合；/n(6)对原始支撑轮廓区域进行修正；/n(7)重复步骤(4)～(6)遍历切片层，得到所有切片层的支撑轮廓区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)输入模型面片数据，在XY平面定义网格区域，生成均匀网格节点集合Q；
(2)对集合Q内的网格节点分别作垂线，求其与模型的交点，根据交点得到支撑线段的集合W；
(3)对集合W内的支撑线段进行切片，求切片层与支撑线段的交点，并将交点作为支撑点按层存入支撑点集合E中；
(4)选取支撑点集合E内一未遍历的切片层为当前切片层，在当前切片层内，以支撑点为中心分别膨胀生成矩形影响区域；
(5)对不同支撑点的矩形影响区域求并集，生成原始支撑轮廓区域集合；
(6)对原始支撑轮廓区域进行修正；
(7)重复步骤(4)～(6)遍历切片层，得到所有切片层的支撑轮廓区域。


2.根据权利要求1所述的基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，其特征在于，步骤(1)中，生成网格节点集合Q的方法为：根据模型在X、Y方向上的极值，得到其对应的网格区域，在该网格区域内均匀选取网格节点，进而生成所述网格节点集合Q。


3.根据权利要求1所述的基于支撑点膨胀融合的3D打印支撑区域生成方法，其特征在于，步骤(2)中，根据交点得到支撑线段的集合W的方法为：分别将每一条垂线的所有交点按照Z坐标排序，依序确定支撑起点和支撑终点...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志伟，刘博，胡玘瑞，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33