一种增材制造用支撑结构及其设计方法技术

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，公开了一种增材制造用支撑结构及其设计方法。增材制造用支撑结构的设计方法包括：在树形支撑结构的表面选取预设数量的建模点；基于建模点，采用Voronoi算法生成晶胞结构；获得晶胞结构的表面与树形支撑结构的表面之间的交线，交线包括多个分段；以每个分段为轴线对应生成管状的支撑件；对支撑件进行细化处理以构成支撑结构。采用上述设计方法得到的支撑结构呈树形且为内部设置有空腔的壳体结构，壳体结构的多个管状的支撑件使壳体结构形成连续的网状壳体，从而使支撑结构的材料用量少、质量轻，且便于从工件上去除，且对于SLM而言，能够有效避免热应力不均导致的支撑结构变形，提高所支撑工件的成型精度。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用支撑结构及其设计方法
本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种增材制造用支撑结构及其设计方法。
技术介绍
随着增材制造技术的快速发展，增材制造成型的工件已经广泛地应用于航空、航天、医疗等领域。在工件成型过程中，增材制造用支撑结构的形状、设置位置等是影响最终工件质量的重要因素。在对增材制造用支撑结构进行设计时，材料的用量是一个重要的考虑因素，现有技术中，支撑结构包括直线型、树形等多种类型，相对于其他类型的支撑结构，树形支撑结构能够在一定程度上减少材料用量、降低支撑结构的重量，但是，为了进一步提高材料的利用率，需要进一步降低支撑结构的材料用量。因此，亟待需要一种增材制造用支撑结构及其设计方法来解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提出一种增材制造用制成结构的设计方法，其构造的支撑结构材料用量少、质量轻，且能够有效降低金属打印过程中的热应力。本专利技术的第二个目的在于提出一种增材制造用支撑结构，材料用量少、质量轻，且能够有效降低金属打印过程中的热应力。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种增材制造用支撑结构的设计方法，包括步骤：在树形支撑结构的表面选取预设数量的建模点；基于所述建模点，采用Voronoi算法生成晶胞结构；获得所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构的表面之间的交线，所述交线由多个分段组成；以每个所述分段为轴线，分别对应生成管状的支撑件；对所述支撑件进行细化处理，以构成所述支撑结构。可选地，所述树形支撑结构包括实心主干部和实心枝干部，所述实心枝干部的末端为圆锥结构，步骤1中，所述建模点的选取方法包括：在每个所述圆锥结构的底面圆周上选取预设数量的选取点；在所述树形支撑结构除去所述圆锥结构以外的表面上，以预设密度选取随机点，所述选取点和所述随机点的集合为所述建模点。可选地，采用布尔关系得到所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构的表面之间的交线。可选地，生成所述支撑件的方法为：分别以每个所述分段为轴线，并赋予每个所述分段一个预设半径，以使每个所述分段对应生成一个所述支撑件。可选地，对所述支撑件进行细化处理的步骤包括：通过布尔操作，去除所述支撑件间的重合部分；一种增材制造用支撑结构，所述支撑结构呈树形，所述支撑结构为内部设置有空腔的壳体结构，所述壳体结构包括多个管状的支撑件，多个所述支撑件使所述壳体结构形成包括多个孔洞的连续网状壳体，所述孔洞与所述空腔连通。可选地，所述支撑结构包括框架主干部和多个连接于所述框架主干部的框架枝干部，所述框架枝干部的末端处的所述支撑件围成棱锥框架，所述棱锥框架的顶点为支撑点。可选地，所述支撑件的横截面为圆形，相邻的所述支撑件之间平滑连接。本专利技术有益效果为：本专利技术的增材制造用支撑结构的设计方法，在传统树形支撑结构的基础上进行了进一步优化，通过获得晶胞结构的表面与树形支撑结构的表面的交线，获得多个支撑件，支撑件可以围成内部具有空腔，且表面具有孔洞的壳体结构，从而能够大大减少整个支撑结构的材料使用量，降低支撑结构的重量；且在此结构基础上，对于SLM而言，支撑结构的各部位热应力均匀，故能够有效避免热应力不均导致的支撑结构变形，从而能够提高其所支撑的工件的成型精度，此外，也便于在完成增材制造后将支撑结构从工件上去除。本专利技术的增材制造用支撑结构，在传统树形支撑结构的基础上进行了进一步优化，多个支撑件围成内部具有空腔，且表面具有孔洞的网状壳体，从而能够大大减少支撑结构的材料使用量，降低支撑结构的重量，在此结构基础上，对于SLM而言，支撑结构的各部位热应力均匀，故能够有效避免热应力不均导致的支撑结构变形，从而能够提高其所支撑的工件的成型精度，此外，也便于在完成增材制造后将支撑结构从工件上去除。附图说明图1是本专利技术具体实施方式提供的增材制造用支撑结构的结构示意图；图2是本专利技术具体实施方式提供的一种增材制造用支撑结构的设计方法的流程图；图3是本专利技术具体实施方式提供的树形支撑结构的结构示意图；图4是本专利技术具体实施方式提供的去除树形支撑结构末端的圆锥结构后的示意图；图5是本专利技术具体实施方式提供的在树形支撑结构表面选取的建模点的示意图；图6是本专利技术具体实施方式提供的晶胞结构的表面与树形支撑结构表面之间的交线的示意图；图7是本专利技术具体实施方式提供的另一种增材制造用支撑结构的设计方法的流程图。图中：1-树形支撑结构；11-实心主干部；12-实心枝干部；121-圆锥结构；2-建模点；21-选取点；22-随机点；3-交线；4-支撑件；51-框架主干部；52-框架枝干部；521-棱锥框架；522-支撑点；523-孔洞。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。本实施例提供了一种增材制造支撑用支撑结构及其设计方法，尤其适用于金属材料增材制造中，也可以用于光敏树脂等材料的增材制造中。具体地，如图1所示，增材制造用支撑结构呈树形，支撑结构为内部设置有空腔的壳体结构，壳体结构包括多个管状的支撑件4，多个支撑件4使壳体结构形成包括多个孔洞523的连续网状壳体，且孔洞523与空腔连通。本实施例中，增材制造用支撑结构整体轮廓接近于树形，但是在常规树形支撑结构1的基础上进行了进一步优化，通过多个支撑件4围成内部具有空腔，且表面具有孔洞523的连续网状壳体，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造用支撑结构的设计方法，其特征在于，包括步骤：/n在树形支撑结构(1)的表面选取预设数量的建模点(2)；/n基于所述建模点(2)，采用Voronoi算法生成晶胞结构；/n获得所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构(1)的表面之间的交线(3)，所述交线(3)由多个分段组成；/n以每个所述分段为轴线，分别对应生成管状的支撑件(4)；/n对所述支撑件(4)进行细化处理，以构成所述支撑结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用支撑结构的设计方法，其特征在于，包括步骤：
在树形支撑结构(1)的表面选取预设数量的建模点(2)；
基于所述建模点(2)，采用Voronoi算法生成晶胞结构；
获得所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构(1)的表面之间的交线(3)，所述交线(3)由多个分段组成；
以每个所述分段为轴线，分别对应生成管状的支撑件(4)；
对所述支撑件(4)进行细化处理，以构成所述支撑结构。


2.如权利要求1所述的增材制造用支撑结构的设计方法，其特征在于，所述树形支撑结构(1)包括实心主干部(11)和实心枝干部(12)，所述实心枝干部(12)的末端为圆锥结构(121)，步骤1中，所述建模点(2)的选取方法包括：
在每个所述圆锥结构(121)的底面圆周上选取预设数量的选取点(21)；
在所述树形支撑结构(1)除去所述圆锥结构(121)以外的表面上，以预设密度选取随机点(22)，所述选取点(21)和所述随机点(22)的集合为所述建模点(2)。


3.如权利要求1或2所述的增材制造用支撑结构的设计方法，其特征在于，采用布尔关系得到所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构(1)的表面之间的交线(3)。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志平，张益茬，唐锋，
申请(专利权)人：上海埃曼增材技术有限公司，上海埃曼流体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31