一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法及系统，涉及增材制造领域，包括：获取标零件板面的多组等距路径轮廓信息，计算路径轮廓离散曲率；基于路径轮廓离散曲率与最大支撑间距的对应关系，通过分段处理得到最外层路径的离散支撑点；通过最外层路径的离散支撑点沿梯度方向向内层路径收缩，得到整个目标零件板面的支撑点集合；根据支撑点集合，利用水平集方法生成支撑结构STL模型。本发明专利技术能够得到使用支撑材料较少且满足较高形状精度要求的支撑结构，以减少打印成本。以减少打印成本。以减少打印成本。

【技术实现步骤摘要】
一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法及系统


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，尤其涉及一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法及系统。

技术介绍

[0002]传统的三明治板制造工艺存在生产效率低、工序繁杂、材料浪费严重等问题，以熔融沉积技术为代表的3D打印技术与三明治板制备工艺结合，可以制造几何形状复杂的三明治板结构，并有效提高材料利用率，因此逐渐替代传统工艺。
[0003]熔融沉积技术制备三明治板多使用水溶性材料作为支撑结构的打印材料，以便于支撑结构的无损去除，由于水溶性材料成本较高，在保证成型精度的同时应尽量减小支撑结构体积。目前，常见的支撑生成方法多针对三维几何结构，对于三明治板类平面结构的支撑设计研究较少、且没有考虑打印铺丝路径对支撑点分布的影响，导致达到形状精度要求所需的支撑材料使用冗余，增加了打印成本。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法及系统，能够得到使用支撑材料较少且满足较高形状精度要求的支撑结构，以减少打印成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，包括：
[0007]获取目标零件板面的多组等距路径轮廓信息，计算路径轮廓离散曲率；
[0008]基于路径轮廓离散曲率与最大支撑间距的对应关系，通过分段处理得到最外层路径的离散支撑点；
[0009]通过最外层路径的离散支撑点沿梯度方向向内层路径收缩，得到整个目标零件板面的支撑点集合；
[0010]根据支撑点集合，利用水平集方法生成支撑结构STL模型。
[0011]作为进一步的实现方式，以路径轮廓中曲率正负变化点和大曲率点作为分段点，对最外层路径轮廓进行分段，根据各段平均曲率确定的间距得到最外层路径的离散支撑点。
[0012]作为进一步的实现方式，根据直线段曲率正负频繁变化的特点识别路径轮廓中的直线段，将直线段曲率设为0，并重新搜索分段点。
[0013]作为进一步的实现方式，通过最外层支撑点收缩，搜索出内层路径点中与其梯度方向夹角最小的点作为内层路径的支撑点；并根据设定条件更新支撑点集。
[0014]作为进一步的实现方式，根据支撑点集合生成零水平集轮廓，基于零水平集轮廓通过沿板面法线方向的拉伸生成支撑结构的STL模型。
[0015]作为进一步的实现方式，利用水平集方法得到距离任一支撑点设定距离的等值轮廓，基于并集布尔运算，合并全部圆形轮廓，并沿板外法线方向拉伸。
[0016]作为进一步的实现方式，将三明治板STL模型与支撑结构STL模型进行布尔处理，得到供切片使用的支撑结构模型。
[0017]作为进一步的实现方式，通过水平集方法构造符号距离场，得到构成板面的多组等距路径轮廓。
[0018]作为进一步的实现方式，基于水平集方法计算路径轮廓离散曲率。
[0019]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成系统，包括：
[0020]路径轮廓离散曲率计算模块，用于获取标零件板面的多组等距路径轮廓信息，计算路径轮廓离散曲率；
[0021]离散支撑点获取模块，用于基于路径轮廓离散曲率与最大支撑间距的对应关系，通过分段处理得到最外层路径的离散支撑点；
[0022]支撑点集合获取模块，用于通过最外层路径的离散支撑点沿梯度方向向内层路径收缩，得到整个目标零件板面的支撑点集合；
[0023]支撑结构STL模型生成模块，用于根据支撑点集合，利用水平集方法生成支撑结构STL模型。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025]1)本专利技术考虑了打印铺丝路径对支撑点分布的影响，即基于打印铺丝路径曲率及其关联的最大支撑跨距数据，针对同心圆型填充路径的自由形状板面，实现精益化搜索最小数量的支撑点，改善了现有支撑点搜索算法在处理平板类零件时因欠缺考虑打印铺丝路径对支撑点分布影响而造成的支撑点冗余问题。
[0026]2)本专利技术利用水平集方法及布尔处理实现了支撑结构三维模型的生成，形成了通用于常规切片软件的双材料熔融沉积三明治板打印工艺，支撑材料使用较少，弥补了现有三明治板双材料熔融沉积打印工艺支撑较多、形状精度较差的不足。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1为本专利技术根据一个或多个实施方式的流程图；
[0029]图2(a)为本专利技术根据一个或多个实施方式的目标零件示意图；
[0030]图2(b)为本专利技术根据一个或多个实施方式的目标零件顶板板面打印铺丝路径示意图；
[0031]图3为本专利技术根据一个或多个实施方式的分段种类示意图；
[0032]图4为本专利技术根据一个或多个实施方式的直线段判定规则示意图；
[0033]图5为本专利技术根据一个或多个实施方式的路径曲率与支撑点间距关系示意图；
[0034]图6(a)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑点收缩方式示意图；
[0035]图6(b)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑点收缩过程示意图；
[0036]图6(c)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑点补点示意图；
[0037]图7(a)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑点搜索结果示意图；
[0038]图7(b)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑结构投影示意图；
[0039]图7(c)为本专利技术根据一个或多个实施方式的支撑结构模型示意图；
[0040]图7(d)为本专利技术根据一个或多个实施方式的布尔处理后支撑结构模型示意图。
具体实施方式
[0041]实施例一：
[0042]本实施例提供了一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，包括：
[0043]获取目标零件板面的多组等距路径轮廓信息，计算路径轮廓离散曲率；
[0044]基于路径轮廓离散曲率与最大支撑间距的对应关系，通过分段处理得到最外层路径的离散支撑点；
[0045]通过最外层路径的离散支撑点沿梯度方向向内层路径收缩，得到整个目标零件板面的支撑点集合；
[0046]根据支撑点集合，利用水平集方法生成支撑结构STL模型。
[0047]具体的，如图1所示，主要包括目标零件预处理、搜索最外层支撑点、最外层支撑点收缩、生成支撑模型四部分。
[0048]三明治板模型如图2(a)所示，由于三明治板结构在打印过程中仅顶板需要添加支撑，因此本实施例以顶板填充路径为例进行详细说明：
[0049]步骤一，如图2(b)所示，由水平集方法得到构成整个目标零件板面的多组等距路径轮廓，即P＝{P1,P2,
…
,P
L
}，其中P1为最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，其特征在于，包括：获取标零件板面的多组等距路径轮廓信息，计算路径轮廓离散曲率；基于路径轮廓离散曲率与最大支撑间距的对应关系，通过分段处理得到最外层路径的离散支撑点；通过最外层路径的离散支撑点沿梯度方向向内层路径收缩，得到整个目标零件板面的支撑点集合；根据支撑点集合，利用水平集方法生成支撑结构STL模型。2.根据权利要求1所述的一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，其特征在于，以路径轮廓中曲率正负变化点和大曲率点作为分段点，对最外层路径轮廓进行分段，根据各段平均曲率确定的间距得到最外层路径的离散支撑点。3.根据权利要求2所述的一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，其特征在于，根据直线段曲率正负频繁变化的特点识别路径轮廓中的直线段，将直线段曲率设为0，并重新搜索分段点。4.根据权利要求1所述的一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，其特征在于，通过最外层支撑点收缩，搜索出内层路径点中与其梯度方向夹角最小的点作为内层路径的支撑点；并根据设定条件更新支撑点集。5.根据权利要求1所述的一种三明治板熔融沉积打印支撑结构生成方法，其特征在于，根据支撑点集合生成零水平集轮廓，基于零水平集轮廓通过沿板面法线方向的拉伸生成支撑结构的STL...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继凯，王一凡，颜静静，黄嘉奇，
申请(专利权)人：山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：