一种增材制造支撑结构及其打印轨迹的一体式构造方法与流程

本发明涉及增材制造，尤其涉及一种增材制造支撑结构及其打印轨迹的一体式构造方法。

背景技术：

1、增材制造(additive manufacturing,am)技术通过逐层添加材料的方式成型三维物体，适合于复杂零件的制造，在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域有着广泛的应用。受层-层堆积方式的限制，大角度的悬垂结构在成型过程中容易塌陷，因此，在前处理过程中，往往需要根据成型约束对此类结构添加额外的支撑结构。常见的支撑结构主要有锥形支撑、树形支撑、十字支撑、薄壁墙体支撑以及晶格支撑等。现有的支撑结构添加方法都是基于三维显式模型，如零件的stl模型，然后通过一系列的几何运算实现支撑结构的三维造型，再和模型一起进行切片和填充操作，进而得到最终的打印轨迹文件。然而这一方法计算量较大，流程繁琐，且支撑的可制造性无法得到保证。这会给增材制造服务企业带来额外的前处理计算成本以及生产风险，所以需要一种能够保证可制造性需求的支撑结构以及快速可靠的支撑结构轨迹构造方式。

2、所以研发出一种增材制造支撑结构及其打印轨迹的一体式构造方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种增材制造支撑结构及其打印轨迹的一体式构造方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种增材制造支撑结构，包括显示支撑结构和隐式支撑结构，其中显式支撑结构为实体形式模型，隐式支撑结构为非实体晶格支撑，隐式支撑结构包含支撑构建域和晶格结构特征两部分，其中支撑构建域为显示表达，晶格结构特征为参数化的隐式表达，即：

4、s＝s1∪s2

5、s2＝ω2∩s_p

6、其中，s为所述的支撑结构，s1为显式支撑结构，s2隐式支撑结构，ω2为隐式支撑构建域，s_p为隐式表达的晶格支撑结构特征。

7、一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，包括以下步骤：

8、s1、构建整体支撑结构域，并创建支撑结构区域的三维实体模型；

9、s2、分离实体墙体支撑区域和非实体支撑区域；包括：首先配置墙体支撑参数；然后对s1中的三维模型进行抽壳操作，壳体厚度为t+t0，其内核区域为隐式支撑构建域ω2，外壳区域为实体墙体支撑区域ω1；

10、s3、创建实体墙体支撑；包括：

11、a、对s2中所得的实体墙体支撑区域ω1进行前处理，去掉体积小于v0的独立区域，然后对处理后的区域进行偏置，两侧各偏置t0/2，创建厚度为t的墙体；

12、b、根据预设的墙体最大长度lmax对a中得到的墙体进行打断，并根据镂空形状参数psa对墙体进行镂空；

13、c、设置墙体与零件接触点形状；

14、s4、创建非实体晶格支撑，其中该非实体晶格支撑为隐式模型表达，即在隐式支撑构建域ω2中，使用参数化形式来描述晶格特征，但不生成具体的显式模型，其表达形式为方程和参数，具体构造步骤为：

15、a、从晶格类型数据库中选择晶格单元类型lt；

16、b、设置类型为lt的晶格对应的晶格参数lp；

17、c、设置晶格的前处理参数lpp；

18、s5、从工艺数据库中选择打印轨迹工艺参数，包括实体墙支撑打印轨迹的工艺参数solid_p,和非实体晶格支撑的打印轨迹工艺参数non_solid_p；

19、s6、生成并优化支撑打印工艺轨迹；其具体步骤为：

20、a、根据实体墙体支撑模型以及其打印轨迹工艺参数solid_p对实体支撑进行打印工艺轨迹规划；

21、b、根据隐式表达的模型以及相应的工艺参数non_solid_p生成非实体支撑工艺轨迹；

22、c、对工艺轨迹进行排序。

23、本发明的有益效果在于：

24、本发明使用显式和隐式混合表达的支撑结构，与现有商业软件中的显式表达相比，本发明能极大的减少模型数据量，缩短模型的生成及渲染时间；此外，同显式模型，尤其是现有增材制造技术采用的stl格式的面片模型相比，本发明在打印轨迹规划的时候可以携带模型特征信息，便于针对模型的拓扑特征来优化打印轨迹及工艺参数。

技术特征：

1.一种增材制造支撑结构，其特征在于，包括显示支撑结构和隐式支撑结构，其中显式支撑结构为实体形式模型，隐式支撑结构为非实体晶格支撑，隐式支撑结构包含支撑构建域和晶格结构特征两部分，其中支撑构建域为显示表达，晶格结构特征为参数化的隐式表达，即：

2.根据权利要求1所述的一种增材制造支撑结构，其特征在于：隐式支撑构建域ω2为显式的cad模型。

3.根据权利要求1所述的一种增材制造支撑结构，其特征在于：隐式支撑构建域ω2的结构特征为参数化表达的隐式模型，该结构特征从验证完支撑可制造性的晶格结构数据库中选取。

4.一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s1中，整体支撑结构域的实体模型为一般cad实体模型，整体支撑结构域采用实体形式或面片形式创建。

6.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s2中，配置的墙体支撑参数包含：墙体厚度t，墙体支撑最大长度lmax，墙体镂空形状参数psa。

7.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s3中，墙体与零件接触点形状包含锯齿状、圆锥点状、十字形状以及面形状。

8.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s4中，晶格单元类型lt包含tpms、scaffold、foam、voronoi；晶格参数lp包括晶格单元大小us，晶格形状因子sf，以及特定晶格的特定参数。

9.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s5中，实体支撑打印轨迹的工艺参数solid_p包括激光功率p，扫描速度v，搭接间距h；非实体支撑打印轨迹的工艺参数non_solid_p包括激光功率p，扫描速度v，搭接间距h。

10.根据权利要求4所述的一种增材制造支撑结构打印轨迹的一体式构造方法，其特征在于：在步骤s6中，实体墙支撑打印工艺轨迹的工艺轨迹规划具体步骤为：首先对支撑的实体模型进行切片分层，然后对切片后的多边形进行直线填充，最后对直线进行排序优化；隐式表达的非实体晶格支撑的工艺轨迹规划步骤具体为：对支撑构建域进行切片分层，然后根据晶格的隐式方程以及晶格参数对切片后的多边形进行填充，最后对填充轨迹进行排序。

技术总结
本发明公开了一种增材制造支撑结构及其打印轨迹的一体式构造方法，使用显式和隐式混合表达的支撑结构，与现有商业软件中的显式表达相比，本发明能极大的减少模型数据量，缩短模型的生成及渲染时间；此外，同显式模型，尤其是现有增材制造技术采用的STL格式的面片模型相比，本发明在打印轨迹规划的时候可以携带模型特征信息，便于针对模型的拓扑特征来优化打印轨迹及工艺参数。

技术研发人员：尹昊,谭路遥,邱利彬,尹霞
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院总体工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14