基于掃描偏置的三維打印零件支撐自動生成方法技術

本發明專利技術公開了一種基于掃描偏置的三維打印零件支撐自動生成方法，包括：確定STL模型中需要生成支撐的區域集合；將區域集合中的每個區域分別投影到xy平面上，形成投影區域，對每個投影區域生成沿x和y方向相互交錯的一系列掃描線，構成掃描線集合；將掃描線集合中每一條掃描線沿z軸方向掃描，求取兩個交線序列集合；用等間距為d的平行線對兩個交線序列集合求交點，得到兩組交點序列集合；對兩組交點序列集合分類進行z軸方向進行偏置，得到對應的4組偏置后的點序列集合；依次選取這4組點中的3點創建三角面片，生成支撐面片數據信息，完成支撐的生成。該方法實現了三維打印中零件的支撐自動生成，原理清晰，操作簡單。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種，包括：確定STL模型中需要生成支撐的區域集合；將區域集合中的每個區域分別投影到xy平面上，形成投影區域，對每個投影區域生成沿x和y方向相互交錯的一系列掃描線，構成掃描線集合；將掃描線集合中每一條掃描線沿z軸方向掃描，求取兩個交線序列集合；用等間距為d的平行線對兩個交線序列集合求交點，得到兩組交點序列集合；對兩組交點序列集合分類進行z軸方向進行偏置，得到對應的4組偏置后的點序列集合；依次選取這4組點中的3點創建三角面片，生成支撐面片數據信息，完成支撐的生成。該方法實現了三維打印中零件的支撐自動生成，原理清晰，操作簡單。【專利說明】
本專利技術涉及三維打印領域，尤其是涉及一種在三維打印模型處理階段通過掃描偏置的方法進行零件支撐自動生成方法，能夠快速有效地生成零件所需的支撐，并且可以進行人工的編輯。
技術介紹
三維打印技術是一種以數字化模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造零件的技術，其主要加工過程是將需要打印的零件以一定的層厚進行切片分層，然后從基底開始打印每一層，當前層都是在前一層上堆積形成的，前一層對當前層起到定位和支撐的作用。如果出現前后兩層之間的輪廓和面積發生較大的變化時，前一層的輪廓就不能給當前層提供足夠的定位和支撐作用，導致加工失敗，所以在三維打印之前需要對零件模型進行處理，生成足夠的支撐來保障之后的加工過程。三維打印零件的支撐需要滿足以下要求:1、生成的支撐必須保證足夠的強度和穩定性，以確保其自身和它所支撐的零件不會發生形變；2、支撐應該盡可能少，多余的支撐會導致材料浪費，加工效率降低；3、支撐應該易于從零件表面剝離，如果支撐部分和零件粘接過牢，不僅增加支撐剝離所需時間，而且會影響支撐區域零件表面加工精度。考慮到這些要求，合理地選擇生成支撐的位置和支撐的形態就顯得非常重要，目前對于零件支撐生成的方案主要有以下幾種:1.對零件模型切片文件中上下層之間的輪廓線進行比較，在差異過大的地方增加支撐線使得前一層對當前層可以有很好的支撐作用(陳玉萍、武曉宏等，快速成型技術中支撐結構的自動生成方法研究，西安科技大學學報，2007，27 (3):485-489) ；2.對零件STL模型進行分析，確定出一系列需要支撐的面片，在面片上生成柱形的支撐(董學珍、莫鍵華等，光固化快速成形中柱形支撐生成算法的研究，2004，32 (8):16-19) ;3.計算支撐線和零件模型的交線輪廓，然后在輪廓內生成齒形的支撐(李衛、吳任東等，快速成形中齒形支撐結構的自動生成算法，中國機械工程，2003，14(24):2127-2130)。方案I在一定程度上可以達到生成支撐的目的，但是在生成支撐的過程中沒能很好地利用模型文件的拓撲信息，生成的支撐不夠可靠，而且支撐不易剝離。方案2考慮了模型文件的拓撲信息，但是單一生成柱形的支撐無法對待支撐面形成足夠的支撐力。方案3生成的齒形支撐可以對零件進行比較好的支撐，并且也考慮了支撐的剝離，但是在生成這種齒形支撐時計算量太大，效率偏低。此外，三種方案都不能進行支撐的人工編輯，生成的支撐有效性和可靠性存在問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種，通過對零件STL模型進行分析后確定一系列的待生成支撐區域，在待生成支撐區域內生成一定密度的掃描線，然后利用掃描偏置的方法在每個區域生成支撐，同時可以對各個區域所生成的支撐進行人工編輯，對已有支撐進行部分刪除或者增加新的支撐，最終得到高質量的支撐，該方法具有簡單有效，原理清晰，操作簡單，易于實現等特點。一種，包括以下步驟:(I)對零件的STL模型進行分析，確定一系列需要生成支撐的區域，構成區域集合P = IP1, P2，...Pt...，PmI，其中:Pt為第t個需要生成支撐的區域，M為需要生成支撐的區域的個數;M —般為大于零的自然數；(2)將區域集合P中的每個區域分別投影到xy平面上，形成對應的M個投影區域，對每個投影區域生成間距為g的沿X和I方向相互交錯的一系列掃描線，構成該區域對應的掃描線集合Lp ；(3)將掃描線集合Lp中每一條掃描線沿z軸正方向掃描,求取與模型中對應區域的交線得到交線序列集合ULP，將交線序列集合ULp中每條交線沿z軸負方向進行掃描計算與模型首次相交的交線，得到交線序列集合DLp ；(4)用等間距為d的平行線對交線序列集合ULp和交線序列集合DLp中各組相對應的線同時求交點，得到兩組交點序列集合，分別為交點序列集合Duuj和交點序列集合Dmp ；(5)對交點序列集合Dmp和交點序列集合Dmp中的點分類，其中一部分點在z軸正方向按照預設值進行偏置，另一部分點在z軸負方向按照預設值進行偏置，兩部分點分別交錯設置；(6)分別提取交點序列集合Dmp和交點序列集合Dmp中偏置方向相同的點，得到對應的4組偏置后的點序列集合DmP+、DUU)—、Ddu>+和Ddu>—;依次選取這4組點中的3點創建三角面片，生成支撐面片數據信息,完成支撐的生成。其中步驟(6)中，`Dmp+為Duuj中沿z軸正方向進行偏置后的相對應的點序列集合；Dulp-為Dmp中沿z軸負方向進行偏置后的相對應的點序列集合;Ddlp+為Dmp中沿z軸正方向進行偏置后的相對應的點序列集合；Ddu>_為Dmp中沿z軸負方向進行偏置后的相對應的點序列集合。判斷哪個區域需要生成支撐時，可采用多種現有的方法，作為優選，所述的需要生成支撐的區域通過STL模型中每個三角面片的法矢量η進行識別，當η在ζ方向的分量小 I*""*'于—?，則該三角面片需要生成支撐，將相連的需要生成支撐的三角面片組合在一起形 mm成一個需要生成支撐的區域。作為優選，所述的交線序列集合ULp和交線序列集合DLp是由一系列線段組成的折線集合，當交線序列集合ULp中某條線沿ζ軸負方向進行掃描時沒有與模型相交，而是與Ztl平面相交時，則交線序列集合DLp中對應的線為交線序列集合ULp中那條線在Ztl平面上的投影，Z0平面為ζ軸坐標為O的平面。作為優選，所述的步驟(5)包括以下步驟:(a)記交點序列集合 D11LP 中第 i 組交點為 Diu = {DiU1； Diu2,...Diuj,...，DiuiJ，其中Diuj.為第i組交點中的第j個交點坐標；N為第i組中交點的個數；提取Diu中的偶數項，并將提取的偶數項在ζ軸正方向上進行d+的偏置得到交點序列集合K = Ptm，D1TOD1Ijs...%Ka| ;提取Diu中的奇數項，并將提取的奇數項在ζ軸負方向上進行d—的偏置得到Dilj = ^jDllJi, D||J2^ * * * ^ DiPr?* * % D1UB I，d—、d+為需要偏置的距離，均大于零，且d_ = —Cl+，其中E^us為Diu中第s個偶數項交點偏置后的點坐標，A為Djj中交點的個數，D1^jr為Diu中第r個奇數項交點偏置后的點坐標，B為1?中交點的個數，A+B=N ；(b)記交點序列集合Ddlp中第i組交點為DiD = {Dira, Din2,…，Dink,…，DiraJ ,其中Dillk為第i組交點中的第k個交點坐標；提取Dill中的偶數項，并將提取的偶數項在ζ軸負方向上進7Tx d+的偏直得到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于掃描偏置的三維打印零件支撐自動生成方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）對零件的STL模型進行分析，確定一系列需要生成支撐的區域，構成區域集合P；（2）將區域集合P中的每個區域分別投影到xy平面上，形成對應的M個投影區域，對每個投影區域生成間距為g的沿x和y方向相互交錯的一系列掃描線，構成該區域對應的掃描線集合LP；（3）將掃描線集合LP中每一條掃描線沿z軸正方向掃描，求取與模型中對應區域的交線得到交線序列集合ULP，將交線序列集合ULP中每條交線沿z軸負方向進行掃描計算與模型首次相交的交線，得到交線序列集合DLP；（4）用等間距為d的平行線對交線序列集合ULP和交線序列集合DLP中各組相對應的線同時求交點，得到兩組交點序列集合，分別為交點序列集合DULP和交點序列集合DDLP；（5）對交點序列集合DULP和交點序列集合DDLP中的點分類，其中一部分點在z軸正方向按照預設值進行偏置，另一部分點在z軸負方向按照預設值進行偏置，兩部分點分別交錯設置；（6）分別提取交點序列集合DULP和交點序列集合DDLP中偏置方向相同的點，得到對應的4組偏置后的點序列集合DULP+、DULP—、DDLP+和DDLP—；依次選取這4組點中的3點創建三角面片，生成支撐面片數據信息，完成支撐的生成。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：傅建中，賴金濤，賀永，林志偉，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：