基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法、系统和智能终端，构造方法包括：遍历模型中的所有三角面片，并将满足预设策略的三角面片存储，以形成三角面片数据组；基于所述三角面片数据组，将所有两两相邻的三角面片合并保存，以形成多个不相邻的支撑区域；计算各支撑区域的属性值，并设定各支撑区域的表面精度；基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构。解决了支撑结构不便于去除，支撑强度较差的技术问题。支撑强度较差的技术问题。支撑强度较差的技术问题。

Construction method and system of composite support structure based on Metal 3D printing

【技术实现步骤摘要】
基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法和系统


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法、系统和智能终端。

技术介绍

[0002]以增材制造技术为支撑的净近成形技术，可彻底解决常规加工中难以加工局部的难题，赋予零件各向同性、高致密、高强度的综合优异性能，大幅度提高零件的可靠性和使用寿命，是传统去除式加工工艺的实质性突破。相关研究表明，激光增材制造(3D打印)的金属零件具有致密、细小的组织，成分均匀，力学性能达到或超过锻件水平。
[0003]在诸多3D打印技术当中，选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM) 粉末增材制造成形技术能够成形多种金属材料，特别是难加工金属零部件，而且成形精度较高，零件结构复杂度高，所需供电设施简单，耗能低，所用原材料为粉末。选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是3D打印的一种工艺，通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。选区激光熔化金属3D打印零件在点阵结构、复杂腔体、薄壁结构、复杂曲面、小孔径管路等的结构成形上具有非常大的优势。
[0004]在金属3D打印过程中，由于零件是通过金属粉末熔化凝固后形成金属零件，在零件模型的下表面以及倾斜表面都添加有专门的支撑结构，以保证零件能受约束的增材制造。特别零件是在基板上开始进行逐层制造的，因此零件模型与基板之间通过支撑结构进行连接，以保证零件能顺利的进行制造。零件的支撑不仅要具有一定的外形结构，还需和零件实体有功能关系，保证零件实体能高精度高效率的加工。目前大多数设计和自动生成的支撑结构有网状支撑、片状支撑、柱状支撑、树状支撑和点状支撑等结构形式，分别可适用于曲面特征区域、阶梯特征区域、平面区域和高精度要求区域以及尖角区域等不同的区域特征，以达到支撑稳固、和零件结合刚性适中便于去除的效果。
[0005]但是，不同的支撑结构形式其结构刚性、结合强度和对零件表面精度的影响以及支撑单位体积重量都有很大的区别。若支撑结构体积过大过密不利于打印完成后支撑结构去除，若支撑结构体积过小支撑点太少没有足够的强度来降低零件的内应力、控制零件的变形，若支撑结构表面残留支撑点过多则不利于支撑结构去除，若支撑结构位于零件内部空腔内无法顺利去除支撑。
[0006]因此，提供一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法，以提高支撑结构的去除便利性，且同时保证支撑结构的支撑强度，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法，以至少部分解决支撑结构不便于去除，且支撑强度较差的技术问题。该目的是通过以下技术方案实现
的：
[0008]一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法，包括：
[0009]遍历模型中的所有三角面片，并将满足预设策略的三角面片存储，以形成三角面片数据组；
[0010]基于所述三角面片数据组，将所有两两相邻的三角面片合并保存，以形成多个不相邻的支撑区域；
[0011]计算各支撑区域的属性值，并设定各支撑区域的表面精度；
[0012]基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构。
[0013]进一步地，所述遍历模型中的所有三角面片，并将满足预设策略的三角面片存储，以形成三角面片数据组，具体包括：
[0014]遍历模型中的所有三角面片，判定三角面片与水平面夹角小于支撑识别角，则将该三角面片所对应的序号存储，并形成三角面片数据组。
[0015]进一步地，所述基于所述三角面片数据组，将所有两两相邻的三角面片合并保存，以形成多个不相邻的支撑区域，具体包括：
[0016]将模型中的目标三角面片判断完成后，将所述目标三角面片读入三角面片数据组；
[0017]若所述目标三角面片与所述三角面片数据组中的任一三角面片相邻，则按照相邻原则，将所述目标三角面片和与其相邻的三角面片合并保存为单独的支撑区域；
[0018]遍历模型中的所有三角面片，则将所有两两相邻的三角面片合并保存为多个不相邻的支撑区域。
[0019]进一步地，所述计算各支撑区域的属性值，具体包括：
[0020]计算各所述支撑区域的面积、长度、宽度、曲率变化范围值和投影面积；
[0021]所述设定各支撑区域的表面精度，具体包括：
[0022]设定各支撑区域的表面粗糙度和尺寸精度。
[0023]进一步地，所述基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构，具体包括：
[0024]若支撑区域的支撑面积和投影面积均小于10mm2，则判定该支撑区域为斑点支撑；
[0025]计算支撑区域的高度平均值，若高度值小于20mm，则判定该支撑区域类型为小间隙斑点支撑；判断支撑区域曲率变化范围V，若V>1，则对支撑区域添加网状支撑结构，若V<1，则投影面积添加树状支撑结构；若平均高度值>20mm，则在支撑区域添加网状支撑结构；
[0026]计算支撑区域的长度或宽度，若支撑区域的长度或宽度>10mm或支撑区域的长宽比>5，则在支撑结构中再在长度或宽度方向上添加一列圆柱支撑结构。
[0027]进一步地，所述基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构，具体包括：
[0028]若支撑区域的支撑面积和投影面积均大于10mm2且小于100mm2，则判定该支撑区域为中型支撑区域；
[0029]计算支撑区域的高度平均值，若高度值小于20mm，则判定该支撑区域类型为小间隙中型支撑区域；判断支撑区域曲率变化范围V，若V>1，则对支撑区域添加面状支撑结构；若V<1，则对支撑区域添加环状支撑结构；若此支撑区域的长宽比>5，则在支撑结构中再在
长度或宽度方向上添加一列圆柱支撑结构；
[0030]若支撑区域的高度值大于20mm，则判定该支撑区域类型为大间隙中型支撑区域；判断支撑区域曲率变化范围V，若V>1，则对该支撑区域添加面状网状复合支撑结构；若V<1，则对该支撑区域添加面状柱状状支撑结构。
[0031]进一步地，所述基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构，具体包括：
[0032]若支撑区域的支撑面积和投影面积均大于100mm2且小于300mm2，则判定该支撑区域为大型支撑区域；
[0033]计算支撑区域的高度平均值，若高度值小于20mm，则判定该支撑区域类型为小间隙大型支撑区域；判断支撑区域曲率变化范围V，若V>1，则对该支撑区域添加面状支撑结构加网状支撑结构；若V<1，则判定该支撑区域添加柱状支撑结构加面状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属3D打印的复合支撑结构构造方法，其特征在于，包括：遍历模型中的所有三角面片，并将满足预设策略的三角面片存储，以形成三角面片数据组；基于所述三角面片数据组，将所有两两相邻的三角面片合并保存，以形成多个不相邻的支撑区域；计算各支撑区域的属性值，并设定各支撑区域的表面精度；基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构。2.根据权利要求1所述的复合支撑结构构造方法，其特征在于，所述遍历模型中的所有三角面片，并将满足预设策略的三角面片存储，以形成三角面片数据组，具体包括：遍历模型中的所有三角面片，判定三角面片与水平面夹角小于支撑识别角，则将该三角面片所对应的序号存储，并形成三角面片数据组。3.根据权利要求2所述的复合支撑结构构造方法，其特征在于，所述基于所述三角面片数据组，将所有两两相邻的三角面片合并保存，以形成多个不相邻的支撑区域，具体包括：将模型中的目标三角面片判断完成后，将所述目标三角面片读入三角面片数据组；若所述目标三角面片与所述三角面片数据组中的任一三角面片相邻，则按照相邻原则，将所述目标三角面片和与其相邻的三角面片合并保存为单独的支撑区域；遍历模型中的所有三角面片，则将所有两两相邻的三角面片合并保存为多个不相邻的支撑区域。4.根据权利要求3所述的复合支撑结构构造方法，其特征在于，所述计算各支撑区域的属性值，具体包括：计算各所述支撑区域的面积、长度、宽度、曲率变化范围值和投影面积；所述设定各支撑区域的表面精度，具体包括：设定各支撑区域的表面粗糙度和尺寸精度。5.根据权利要求4所述的复合支撑结构构造方法，其特征在于，所述基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构，具体包括：若支撑区域的支撑面积和投影面积均小于10mm
²
，则判定该支撑区域为斑点支撑；计算支撑区域的高度平均值，若高度值小于20mm，则判定该支撑区域类型为小间隙斑点支撑；判断支撑区域曲率变化范围V，若>1，则对支撑区域添加网状支撑结构，若V<1，则投影面积添加树状支撑结构；若平均高度值>20mm，则在支撑区域添加网状支撑结构；计算支撑区域的长度或宽度，若支撑区域的长度或宽度>10mm或支撑区域的长宽比>5，则在支撑结构中再在长度或宽度方向上添加一列圆柱支撑结构。6.根据权利要求5所述的复合支撑结构构造方法，其特征在于，所述基于各支撑区域的属性值和表面精度，计算得到复合支撑结构，具体包括：若支撑区域的支撑面积和投影面积均大于10mm
²
且小于100mm
²
，则判定该支撑区域为中型支撑区域；计算支撑区域的高度平均值，若高度值小于20mm，则判定该支撑区域类型为小间隙中型支撑区域；判断支撑区域曲率变化范围V，若>1，则对支撑区域添加面状支撑结构；若<1，则对支撑区域添加环状支撑结构；若此支撑区域的长宽比>...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊锋，
申请(专利权)人：上海云铸三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：