3D打印文件的生成方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

3d打印文件的生成方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种3d打印文件的生成方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.目前的fdm(fused deposition modeling，熔融沉积成型)3d模型打印中，在生成模型切片的时候，对于模型悬空的部分，都需要填加支撑才可以进行打印。目前的打印技术在添加支撑时通常是添加从打印平台到支撑点的支撑，但是在打印完成后，这些支撑材料需要去除。由此，现有技术中的支撑的体积相对较大，造成了打印原材料的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的第一目的在于提出一种3d打印文件的生成方法，采用该3d打印文件的生成方法添加的支撑的体积较小，降低了打印原材料的浪费，降低了打印成本。
4.本发明的第二个目的在于提出一种3d打印文件的生成装置，该3d打印文件的生成装置能够进行上述3d打印文件的生成方法。
5.本发明的第三个目的于提出一种计算机设备，该计算机设备执行计算机程序时能够实现前文所述的3d打印文件的生成方法。
6.本发明的第四个目的在于提出一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时能够用于执行前文所述的3d打印文件的生成方法。
7.为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：
8.本发明公开了一种3d打印文件的生成方法，包括：获取待打印模型的悬空区域；遍历各所述悬空区域，根据当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目标端；向打印平台生成支撑，所述支撑包括位于所述目标端的支撑桥墩和与所述打印走线方向平行的支撑桥面；对所述支撑进行切片以生成支撑切片，并整合所述待打印模型的模型切片和所述支撑切片生成3d打印文件。由于在3d打印文件的生成过程中，支撑待打印模型的悬空区域的打印结构包括支撑桥墩和支撑桥面，且支撑桥面不是从打印平台开始生成的，而是生成在支撑桥墩和不需要支撑的待打印模型之间，既缩小了整个打印支撑结构的体积，提升了打印原料的利用率，又能够方便打印完成后将支撑从打印好的模型上去除，提升了打印精度。
9.在一些实施例中，所述获取待打印模型的悬空区域，包括：生成待打印模型的模型切片；判定相邻的两个所述模型切片中，位于上方的所述模型切片的投影相对于位于下方的所述模型切片的投影的非重合区域；根据各所述非重合区域，获取所述待打印模型的悬空区域。根据模型的切片形状来确定悬空区域的位置是最快捷也最方便的，这样能够提升确定悬空区域的速度，从而提升3d打印文件的生成速度。
10.在一些实施例中，在所述根据当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目
标端之前，还包括：若所述悬空区域沿所述打印走线方向的长度大于预设的最大走线长度，进入所述根据当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目标端的步骤。根据模型的不同，并不是所有的悬空区域都需要确定支撑的目标端的，本步骤能够筛除不需要确定目标端的悬空区域，从而减小了支撑的个数，进一步降低了打印原料的浪费。
11.在一些实施例中，所述根据当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目标端，包括：获取当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线；根据当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定当前遍历到的所述悬空区域中，沿与所述打印走线方向垂直的最大长度；确定长度小于所述最大长度的交线对应的一端为目标端。确定了目标端之后就能够直接确定支撑桥墩的位置，从而方便支撑桥墩和支撑桥面的生成。
12.在一些具体的实施例中，所述支撑桥墩和所述支撑桥面通过以下方式生成：根据所述目标端对应的交线和所述最大长度，确定支撑桥墩的位置和所述支撑桥墩沿与所述打印走线方向垂直的宽度；根据所述悬空区域的最低点确认所述支撑桥墩的高度；根据所述位置、所述高度和所述宽度生成支撑桥墩；在所述支撑桥墩和所述待打印模型之间生成支撑桥面。由此，生成的支撑桥墩和支撑桥面既能够稳定地实现对悬空区域的支撑，又能够节约打印原料从而提升打印原料的利用率。
13.在一些实施例中，若所述悬空区域的下表面不平整，所述支撑还包括位于所述支撑桥面和所述悬空区域之间的附加支撑。由此，当悬空区域的下表面不平整的情况下也能够对悬空区域进行稳定地支撑，从而确保打印过程的稳定进行。
14.在一些实施例中，在所述对所述支撑进行切片以生成支撑切片之后，还包括：设置打印所述支撑桥面的打印速度和打印流量以避免所述支撑桥面朝向所述打印平台下沉。由此，确保支撑桥面能够对悬空区域进行稳定地支撑。
15.本发明还公开了一种3d打印文件的生成装置，包括：获取模块，用于获取待打印模型的悬空区域；支撑生成模块，用于遍历各所述悬空区域，根据当前遍历到的所述悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的所述悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目标端；向打印平台生成支撑，其中，所述支撑包括位于所述目标端的支撑桥墩和与所述打印走线方向平行的支撑桥面；文件生成模块，用于对所述支撑进行切片以生成支撑切片，并整合所述待打印模型的模型切片和所述支撑切片生成3d打印文件。
16.本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前文所述的3d打印文件的生成方法。
17.本发明还公开了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行前文所述的3d打印文件的生成方法。
18.本发明的3d打印文件的生成方法的有益效果：由于在3d打印文件的生成过程中，支撑待打印模型的悬空区域的打印结构包括支撑桥墩和支撑桥面，且支撑桥面不是从打印平台开始生成的，而是生成在支撑桥墩和不需要支撑的待打印模型之间，既缩小了整个打印支撑结构的体积，提升了打印原料的利用率，又能够方便打印完成后将支撑从打印好的模型上去除，提升了打印精度。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.图1是本发明实施例一的3d打印文件的生成方法的步骤示意图；
21.图2是本发明实施例一的获取待打印模型的悬空区域的步骤示意图；
22.图3是本发明实施例一的确定需要生成支撑的目标端步骤示意图；
23.图4是本发明实施例一的支撑桥墩和支撑桥面的步骤示意图；
24.图5是本发明实施例一整合所述待打印模型的模型切片和所述支撑切片生成3d打印文件；
25.图6是本发明第一待打印模型的俯视图；
26.图7是本发明第二待打印模型以及支撑的前视图；
27.图8是本发明第三待打印模型以及支撑的前视图；
28.图9是本发明第四待打印模型以及支撑的前视图；
29.图10是本发明实施例二的3d打印文件的生成方法的步骤示意图；
30.图11是本发明实施例的3d打印文件的生成装置的示意图；
31.图12是本发明实施例的计算机设备的示意图。
32.附图标记：
33.1、待打印模型；2、悬空区域；21、第一悬空区域；22、第二悬空区域；23、第三悬空区域；3、支撑桥墩；4、支撑桥面；5、附加支撑。
具体实施方式
34.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
36.下面参考图1-图8描述本发明实施例的3d打印文件的生成方法两个实施例的具体流程。
37.实施例一：
38.如图1所示，本实施例的3d打印文件的生成方法包括以下步骤：
39.s1：获取待打印模型的悬空区域。
40.在实际打印过程中，并不是待打印模型的全部结构都需要支撑的，根据待打印模型结构的不同，只有待打印模型1中下方不存在支撑的悬空区域2才需要进行添加支撑的操作，因此，在3d打印文件的生成方法第一步需要将待打印模型1中不需要支撑的主体区域和需要支撑的悬空区域2进行划分，然后再针对悬空区域2进行支撑添加。
41.具体来说，如图2所示，获取待打印模型1的悬空区域2的流程如下：
42.s11：生成待打印模型的模型切片。
43.在实际操作过程中，可以直接将待打印模型1导入切片软件中，设置好切片参数对整个模型进行切片，具体的切片软件可以根据实际需要选择，在此不对切片软件的具体类型做出限定。
44.s12：判定相邻的两个模型切片中，位于上方的模型切片的投影相对于位于下方的模型切片的投影的非重合区域。
45.s13：根据各非重合区域，获取待打印模型的悬空区域。
46.可以理解的是，切片完成后，根据切片的形状，相邻的两个模型切片中，上层的模型切片减去下层模型切片，如果上层的模型切片的面积大于下层的模型切片的区域，那么上层模型切片超出下层的模型切片的区域就可以需要支撑。根据这个判断依据，就可以将两个模型切片同时朝向打印平台投影，根据投影关系，重合区域对应的上层的模型切片的区域就是由下层的模型切片来支撑的，也就是说，重合区域对应的上层的模型切片的区域是不需要支撑的。非重合区域对应的上层的模型切片的区域是超出下层的模型切片的部分，这个部分是可能需要支撑的，当各相邻的模型切片判定完成，可以得到各非重合区域，将相连的非重合区域组成一个悬空区域，从而可以得到待打印模型1的各悬空区域。
47.当然，在获取待打印模型1的悬空区域2时，由于用户根据观察可以看出待打印模型1的哪部分是悬空区域2，所以在步骤s1中，也可以由用户指定悬空区域2，切片软件在接收到用户指定后，根据用户指定确定待打印模型1的悬空区域2。
48.s2：遍历各悬空区域，根据当前遍历到的悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线，和当前遍历到的悬空区域的切片形状，确定需要生成支撑的目标端；向打印平台生成支撑，支撑包括位于目标端的支撑桥墩和与打印走线方向平行的支撑桥面。
49.具体来说，如图3所示，确定需要支撑的目标端流程如下：
50.s21：获取当前遍历到的悬空区域中沿打印走线方向的两端与其他区域的交线。
51.需要说明的是，如果悬空区域2的两侧均与其他区域相连，则悬空区域2就具有两条长度不为0的交线，如果悬空区域2仅仅一侧与其他区域相连，且悬空区的交线一条长度为0，另一条为长度不为0；如果悬空区域2的两侧均未与其他区域相连，且悬空区的两条交线的长度均为0。
52.s22：根据当前遍历到的悬空区域的切片形状，确定当前遍历到的悬空区域中，沿与打印走线方向垂直的最大长度。
53.s23：确定长度小于最大长度的交线对应的一端为目标端。
54.具体来说，如图6所示，为第一待打印模型的俯视图，悬空区域2包括第一悬空区域21、第二悬空区域22和第三悬空区域23，从左往右为打印走线方向，对于第一悬空区域21，第一悬空区域21左侧与其他区域的交线长度等于第一悬空区域21沿与打印走线方向垂直的最大长度，第一悬空区域21右侧与其他区域的交线长度小于第一悬空区域21沿与打印走线方向垂直的最大长度，则第一悬空区域21右侧为目标端，为了确保第一悬空区域21的正常打印，也需要在这一侧设置一个支撑；对于第二悬空区域22，第二悬空区域22左侧与其他区域的交线长度等于第二悬空区域22沿与打印走线方向垂直的最大长度，则第二悬空区域22左侧不为目标端，而第二悬空区域22右侧与其他区域的交线长度等于0，即小于第二悬空区域22沿与打印走线方向垂直的最大长度，则第二悬空区域22右侧为目标端；对于第三悬空区域23，第三悬空区域23的左侧和右侧与其他区域的交线长度等于0，即小于第二悬空区
域22沿与打印走线方向垂直的最大长度，则第三悬空区域23的左侧和右侧均为目标端。
55.在确定出目标端之后，向打印平台生成支撑，支撑包括目标端的支撑桥墩和与打印走线方向平行的支撑桥面。如图7所示，为第二待打印模型以及支撑的前视图，其中，悬空区域2的右侧为目标端，则从悬空区域2的右侧生成支撑3和与打印走线方向平行的支撑桥面。如图8所示，为第三待打印模型以及支撑的前视图，其中，悬空区域24的左侧和右侧均为目标端，则从悬空区域24的左侧和右侧分别生成支撑3，且生成与打印走线方向平行的支撑桥面。
56.这里需要补充说明的是，在实际操作中，在步骤s23中确定目标端时，也可以是如下所述：s23：确定长度小于预设长度的交线对应的一端为目标端。这里的预设长度可以根据实际需要选择，可以大于最大长度也可以小于最大长度。也就是说，在确定目标端的过程中，选取的比较基准可以根据实际需要选择，并不限于前文所述的最大长度。
57.进一步地，如图4所示，支撑桥墩3和支撑桥面4通过以下步骤生成：
58.s24：根据目标端对应的交线和最大长度，确定支撑桥墩的位置和支撑桥墩沿与打印走线方向垂直的宽度。
59.具体来说，计算目标端对应的交线和最大长度的差值，将差值作为支撑桥墩沿与打印走线方向垂直的宽度，根据交线上点的坐标值，使支撑桥墩投影的点的横坐标包括交线上点的横坐标，从而确定支撑桥墩的位置，需要说明的是，支撑桥墩沿打印走线方向的宽度可以根据实际需要进行设定，只需要能够粘住打印平台即可。
60.s25：根据悬空区域的最低点确认支撑桥墩的高度。
61.可以理解的是，生成的支撑桥面4需要保证在悬空区域2的下方，所以确认支撑桥墩3的高度时需要确认悬空区域2的最低点，支撑桥墩3的高度要略低于悬空区域2的最低点，使得悬空区域2的最低点正好落在支撑桥面4上。
62.s26、根据位置、高度和宽度生成支撑桥墩。
63.优选的，在生成支撑桥墩3的过程中，可以将支撑桥墩3生成完全空心或者半空心的结构，这样能够进一步降低支撑的打印用料，从而进一步提升打印原料的利用率。
64.s27、在桥墩和待打印模型之间生成支撑桥面。
65.在生成支撑桥面4的过程中，可以根据实际需要调整支撑桥面4的厚度，如果支撑桥面4为多层，可以将下层的支撑桥面4设置为间隔设置的多条打印线，上层的支撑桥面4为致密的面结构，这样也能够进一步降低支撑的打印用料，从而进一步提升打印原料的利用率。
66.在一个例子中，如图9所示，在生成了支撑桥墩3和支撑桥面4之后可以对悬空区域2的下表面进行判定，如果悬空区域2的下表面为与打印平台平行的平面，则说明支撑桥面4能够对悬空区域2进行完全支撑。如果悬空区域2的下表面不平整或者为倾斜面，就需要在支撑桥面4和悬空区域2之间增加附加支撑5，附加支撑5能够对悬空区域2内的凹面进行支撑，从而确保整个悬空区域2能够得到较为稳定地支撑。附加支撑5的方式为以支撑桥面4为基准面，朝向悬空区域2的表面直接生成附加支撑5。
67.这里需要额外说明的是，如果悬空区域2的两侧与其他区域的交线的长度均不为零，且等于悬空区域2沿与打印走线方向垂直的最大长度，这说明悬空区域2的两侧全部与其他区域相连，这种情况下悬空区域2的两侧均不是目标端，直接在悬空区域2的下方设置
一个支撑桥面4即可。
68.s3：对支撑进行切片以生成支撑切片，并整合待打印模型的模型切片和支撑切片生成3d打印文件。
69.当支撑生成完毕后，就可以对支撑进行切片，切片的软件可以根据实际需要选择，在此不对切片的具体软件以及操作进行限定。
70.进一步地，如图5所示，整合过程如下：
71.s31：将位于同一高度模型切片和支撑切片整合成实际切片。
72.可以理解的是，在实际打印过程中，待打印模型1与支撑一起成型能够提高打印效率。在支撑切片生成后与前述步骤中产生的模型切片整合过程中可以将位于同一高度的模型切片和支撑切片进行整合，这样在打印过程中就可以同时打印待打印模型1和支撑。
73.s32：根据与支撑切片错开的模型切片以及实际切片生成打印路径。
74.由于支撑仅仅是用于支撑待打印模型1的悬空区域2的，因此一定会有一部分模型切片与支撑切片在高度上是错开设置的，而这些模型切片也需要整合在一起。
75.综上，在实际整合过程中，如果该模型切片存在一个与其等高的支撑切片就将二者整合在一起形成新的实际切片，遍历所有模型切片后就可以得到完整的待打印模型1以及支撑的切片，根据这个最后生成的切片规划打印路径即可实现待打印模型1和支撑同时打印。
76.s33：设置打印支撑桥面的打印速度和打印流量以避免支撑桥面朝向打印平台下沉。
77.可以理解的是，在打印路径生成后需要设置支撑桥面4的打印速度和打印流量，为了确保支撑桥面4能够对悬空区域2进行稳定地支撑，就设置打印桥面的打印速度和打印流量以确保支撑桥面4与打印平台平行。具体来说，设置打印支撑桥面4的打印速度为v
桥
，待打印模型1的打印速度为v
模型
，0.1≤v
桥
/v
模型
≤0.3；打印支撑桥面4的打印流量为q
桥
，待打印模型1的打印流量为q
模型
，0.2≤q
桥
/q
模型
≤0.5。当然，在实际设定过程中，v
桥
和v
模型
的关系以及q
桥
和q
模型
的关系可以根据3d打印机的具体打印参数以及使用的原来种类来确定，本实施例中给出地仅仅是一个示例性的范围，而不是对v
桥
和q
桥
的完全限定。
78.实施例二：
79.本实施例的3d打印文件的生成方法步骤与实施例一中的步骤大致相同，如图10所示，本实施例的步骤中，步骤q1与实施例一中的步骤s1相同，步骤q3与实施例一中的步骤s2相同，步骤q4与实施例一中的步骤s3相同。所不同的是，本实施例的3d文件的生成方法在步骤q1和步骤q3之间还具有一个步骤q2，步骤q2的具体流程如下：
80.q2：判断悬空区域沿打印走线方向的长度与预设的最大走线长度的关系。
81.可以理解的是，如果悬空区域2沿打印走线方向的长度(如果悬空区域2为不规则的形状，则选取悬空区域2沿打印走向方向的长度中的最大值)小于预设的最大走线长度(最大走线长度为打印线不出现下垂的最大长度)，也就是说，即便直接打印悬空区域2也不会出现打印线下垂的现象，那么就不需要添加支撑。如果述悬空区域2沿打印走线方向的长度大于预设的最大走线长度，则需要在这个悬空区域2下方添加支撑。也就是说，在步骤s1中虽然确定了悬空区域2，但是根据实际情况来说，并不是所有的悬空区域2都需要添加支撑的，因此需要进行步骤q2的判定，经过判定可以将不需要添加支撑的悬空区域2去除，从
only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
91.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
92.以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。