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支撑结构生成算法-3D打印中的关键技术

更新时间: 2019-12-27 10:46:17  查看次数: 60    

将古建筑的悬空区域识别并分割为不同的区域之后,接下来需要添加支撑结构,因为悬空区域的每一层都需要有下面一层的定位和支撑。尤其对于复杂模型的加工处理中,如果轮廓变化比较大,下一层不能为上一层提供有效的支撑和定位基准的话,就会发生坍塌或者变形的情况,因而支撑结构的生成算法是3D打印中的关键技术。


在支撑结构生成算法上,要考虑到支撑稳定性以及耗材尽可能的少,并且在不损坏模型的前提下,支撑结构后期去除容易。古建筑内部区域,为一大片中空待支撑区域,由于在墙体的包围盒内,添加的支撑结构不可去除,因此在支撑结构生成算法上,需要考虑内部支撑的强度以及填充比例。


FDM熔融沉积成型中,支撑结构的作用如下:

  1. 模型在制造过程中,对于状态的转化会引起内应力,因此添加支撑结构可以防止因为内应力而产生的模型变形或者弯曲。
  2. 避免"伞降"效应。
  3. 保证模型在打印过程中的稳固性和基准定位。
  4. 对于"孤岛"特征提供了成型基础。


FDM中的支撑有以下几类:

基础支撑
基础支撑的主要作用是使模型的底部更加整洁,同时调整打印台的局部不平整,方便模型在打印完成之后从打印台上取出,保护模型底部质量。基础支撑的大小由模型的最大包围盒在X-Y平面上的投影决定,对于有些需要保证不能和打印台接触的模型,设计基底支撑可以减少不必要的支撑结构。

整体支撑
整体支撑是设计比模型最大包围盒更大的长方体,用来整体包围模型。在快速成型的最初阶段,经常使用整体支撑。其优点是对于模型的复杂性不需要考虑,支撑简单,支撑材料易人工去除,也可以保证模型的整体质量,但是会导致材料的耗费和时间的增多。

局部支撑
局部支撑是对整体支撑的优化改进,将冗余的支撑结构去除。对于满足以下条件的需要添加局部支撑:支撑表面和水平方向角度的差值比给定的角度小,模型支撑区域的表面面积比给定的值大,模型支撑的当量半径面积和周长比设定的值大。在熔融环境下,FDM的材料本身也具有粘性,并且喷头送出的材料是丝状。因此水平突出长度,在给允许的范围内,可以不用添加支撑结构,这是由于丝状材料也有自支撑的能力。



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