专利名称:一种3D打印方法、系统、终端及存储介质
专利类型:实用新型专利
专利申请号:CN202310311105.8
专利申请(专利权)人:北京祥晨伟业科技发展有限公司
权利人地址:北京市海淀区上地东里一区4号楼科贸大厦D02
专利发明(设计)人:其乐木格
专利摘要:本申请涉及一种3D打印方法,其属于3D打印技术领域,包括获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,若是,执行下一步;根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;获取所述支撑方案的成本和近似度;所述近似度为支撑方案中三维模型的打印姿态与三维模型的初始姿态的对比相似程度;根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案。本申请具有优化3D打印支撑结构,降低3D打印的成本的效果。
主权利要求:
1.一种3D打印方法,其特征在于,包括:获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;
根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,若否,以对应支撑多边形所在平面为打印基底进行打印作业;若是,执行下一步;
根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;
获取所述支撑方案的成本和近似度;所述近似度为支撑方案中三维模型的打印姿态与三维模型的初始姿态的对比相似程度;
根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案;
所述根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,包括:根据所述支撑多边形和重心轨迹,分析重心轨迹在支撑多边形所在平面内的投影是否位于支撑多边形内;
基于预设的免支撑规则,根据所述悬空结构和跨桥结构,分析悬空结构和跨桥结构是否满足免支撑规则;
若均为是,则三维模型不需要支撑;否则,需要支撑;
所述免支撑规则包括:
所述悬空结构倾斜的垂直角度小于或等于45度;
所述悬空结构倾斜无方向转折点;
所述跨桥结构的跨桥长度小于或等于5毫米;
所述根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案,支撑方案的生成过程包括以下步骤:根据支撑多边形、悬空结构和跨桥结构,生成第一初步方案;
根据重心轨迹、第一初步方案,生成第一支撑方案;
根据支撑多边形和重心轨迹,生成第二初步方案;
根据悬空结构、跨桥结构和第二初步方案,生成第二支撑方案;
比较第一支撑方案和第二支撑方案的成本,选择成本较低的方案为预选方案;
所述根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案,包括:对比各支撑方案的成本值,得到最小成本值;
根据最小成本值和预设差值阈值,得到备选成本值;
根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案;
所述根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案,包括:计算近似度/最小成本值以及近似度/备选成本值的比值,取比值最大的支撑方案为优选支撑方案。
2.根据权利要求1所述的3D打印方法,其特征在于,所述获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构,包括:获取三维模型的可接触点;所述可接触点为三维模型外表面上可与平面接触的点;
获取三维模型的支撑多边形;所述支撑多边形为三维模型的可接触点连接形成的虚拟多边形;
根据所述支撑多边形,获取三维模型的重心轨迹、悬空结构和跨桥结构;所述重心轨迹为以支撑多边形所在平面为参考面,三维模型分层堆叠中,重心顺序连接形成的拟合曲线。
3.根据权利要求1所述的3D打印方法,其特征在于,所述根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案,还包括:获取支撑方案的客户满意度,计算比值和满意度的权重和,取权重和最大的支撑方案为优选支撑方案;所述满意度为客户根据支撑方案对三维模型的打印姿态分别进行评定,所给出的满意度结果。
4.一种3D打印系统,其特征在于,包括:第一获取模块(1),用于获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;
分析模块(2),用于根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑;
生成模块(3),根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;
第二获取模块(4),用于获取所述支撑方案的成本和近似度;
确定模块(5),用于根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案;
所述根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,包括:根据所述支撑多边形和重心轨迹,分析重心轨迹在支撑多边形所在平面内的投影是否位于支撑多边形内;
基于预设的免支撑规则,根据所述悬空结构和跨桥结构,分析悬空结构和跨桥结构是否满足免支撑规则;
若均为是,则三维模型不需要支撑;否则,需要支撑;
所述免支撑规则包括:
所述悬空结构倾斜的垂直角度小于或等于45度;
所述悬空结构倾斜无方向转折点;
所述跨桥结构的跨桥长度小于或等于5毫米;
所述根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案,支撑方案的生成过程包括以下步骤:根据支撑多边形、悬空结构和跨桥结构,生成第一初步方案;
根据重心轨迹、第一初步方案,生成第一支撑方案;
根据支撑多边形和重心轨迹,生成第二初步方案;
根据悬空结构、跨桥结构和第二初步方案,生成第二支撑方案;
比较第一支撑方案和第二支撑方案的成本,选择成本较低的方案为预选方案;
所述根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案,包括:对比各支撑方案的成本值,得到最小成本值;
根据最小成本值和预设差值阈值,得到备选成本值;
根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案;
所述根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案,包括:计算近似度/最小成本值以及近似度/备选成本值的比值,取比值最大的支撑方案为优选支撑方案。
5.一种终端,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1‑3中任一种方法的计算机程序指令。
6.一种计算机可读存储介质,其特征在于,存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1‑3中任一种方法的计算机程序。 说明书 : 一种3D打印方法、系统、终端及存储介质技术领域[0001] 本申请涉及3D打印技术领域,尤其是涉及一种3D打印方法、系统、终端及存储介质。背景技术[0002] 3D打印即快速成型技术的一种,又称增材制造,它是一种以数字模型文件为基础,运用金属、塑料、光敏树脂等成型材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前常见的3D打印方式有熔融沉积成型、立体光固化成型和粉末烧结成型。[0003] 由于3D打印是将材料进行逐层固化,并层层叠加,在原理上一般要求模型的上层结构要有下层部分的支撑,因此如果打印件的某些部位是悬空的,通常就需要设计支撑件来支撑打印件的这些悬空的部分。目前,大多的3D打印方法中支撑件都是与打印件一起打印,而支撑方案一般通过工作人员根据自身经验来设计,存在着支撑方案使得3D打印的成本增大的可能性。发明内容[0004] 本申请提供一种3D打印方法、系统、终端及存储介质,具有优化3D打印支撑结构,降低3D打印的成本的特点。[0005] 本申请目的一是提供一种3D打印方法。[0006] 本申请的上述申请目的一是通过以下技术方案得以实现的:[0007] 一种3D打印方法,包括:[0008] 获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;[0009] 根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,若否,以对应支撑多边形所在平面为打印基底进行打印作业;若是,执行下一步;[0010] 根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;[0011] 获取所述支撑方案的成本和近似度;所述近似度为支撑方案中三维模型的打印姿态与三维模型的初始姿态的对比相似程度;[0012] 根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案。[0013] 通过采用上述技术方案,在3D打印作业中,首先根据三维模型的支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否可以不支撑,当需要支撑时,再根据三维模型的支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构生成三维模型的支撑方案,并通过支撑方案的成本和近似度,对支撑方案进行选择,提取出优选支撑方案,从而在保证打印质量的前提下,尽可能降低3D打印的成本。[0014] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构,包括:[0015] 获取三维模型的可接触点;所述可接触点为三维模型外表面上可与平面接触的点;[0016] 获取三维模型的支撑多边形;所述支撑多边形为三维模型的可接触点连接形成的虚拟多边形;[0017] 根据所述支撑多边形,获取三维模型的重心轨迹、悬空结构和跨桥结构;所述重心轨迹为以支撑多边形所在平面为参考面,三维模型分层堆叠中,重心顺序连接形成的拟合曲线。[0018] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑,包括:[0019] 根据所述支撑多边形和重心轨迹,分析重心轨迹在支撑多边形所在平面内的投影是否位于支撑多边形内;[0020] 基于预设的免支撑规则,根据所述悬空结构和跨桥结构,分析悬空结构和跨桥结构是否满足免支撑规则;[0021] 若均为是,则三维模型不需要支撑;否则,需要支撑。[0022] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:免支撑规则包括:[0023] 所述悬空结构倾斜的垂直角度小于或等于45度;[0024] 所述悬空结构倾斜无方向转折点;[0025] 所述跨桥结构的跨桥长度小于或等于5毫米。[0026] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案,包括:[0027] 对比各支撑方案的成本值,得到最小成本值;[0028] 根据最小成本值和预设差值阈值,得到备选成本值;[0029] 根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案。[0030] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案,包括:计算近似度/最小成本值以及近似度/备选成本值的比值,取比值最大的支撑方案为优选支撑方案。[0031] 本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:根据最小成本值、备选成本值和其各自对应的近似度,分析确定优选支撑方案,还包括:获取支撑方案的客户满意度,计算比值和满意度的权重和,取权重和最大的支撑方案为优选支撑方案;所述满意度为客户根据支撑方案对三维模型的打印姿态分别进行评定,所给出的满意度结果。[0032] 本申请目的二是提供一种3D打印系统。[0033] 本申请的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的:[0034] 一种3D打印系统,包括:[0035] 第一获取模块,用于获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;[0036] 分析模块,用于根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑;[0037] 生成模块,根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;[0038] 第二获取模块,用于获取所述支撑方案的成本和近似度;[0039] 确定模块,用于根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案。[0040] 本申请目的三是提供一种终端。[0041] 本申请的上述申请目的三是通过以下技术方案得以实现的:[0042] 一种终端,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行的上述3D打印方法的计算机程序指令。[0043] 本申请目的四是提供一种计算机介质,能够存储相应的程序。[0044] 本申请的上述申请目的四是通过以下技术方案得以实现的:[0045] 一种计算机可读存储介质,存储有能够被处理器加载并执行上述任一种3D打印方法的计算机程序。[0046] 综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:[0047] 在3D打印作业中,首先根据三维模型的支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否可以不支撑,当需要支撑时,再根据三维模型的支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构生成三维模型的支撑方案,并通过支撑方案的成本和近似度,对支撑方案进行选择,提取出优选支撑方案,从而在保证打印质量的前提下,尽可能降低3D打印的成本。附图说明[0048] 图1是本申请实施例中3D打印方法的流程示意图。[0049] 图2是本申请实施例中3D打印系统的结构示意图。[0050] 附图标记说明:1、第一获取模块;2、分析模块;3、生成模块;4、第二获取模块;5、确定模块。具体实施方式[0051] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例作出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。[0052] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例,都属于本申请保护的范围。[0053] 下面结合说明书附图对本申请实施例做进一步详细描述。[0054] 本申请提供一种3D打印方法,所述方法的主要流程描述如下。[0055] 如图1所示:[0056] 步骤S1:获取打印件三维模型的支撑多边形及其对应的三维模型的重心轨迹、悬空结构和跨桥结构。[0057] 首先,获取打印件三维模型的支撑多边形。[0058] 打印件即3D打印作业的立体结构目标,可以是现实中已经存在的真实立体结构,也可以是设计人员构思出来的虚拟立体结构;三维模型即基于打印件的立体结构,利用三维绘图软件所绘制的三维图像,可以理解的是,三维模型需要与打印件保持很好的一致性,使其能够完整地体现出打印件的立体结构。[0059] 支撑多边形即三维模型的可接触点连接形成的虚拟多边形,可接触点为三维模型的外表面与任意方向的平面相接触时,接触位置所包含的点;可以理解的是,三维模型为立体结构,所以其外表面上的可接触点不会只存在于一个平面内,因此三维模型的支撑多边形不是单一的;需要知明的是,当接触位置为一直线时,取直线两端的端点为可接触点;当接触位置为一平面时,取平面与其外接圆接触的点为可接触点。[0060] 接着,根据支撑多边形,获取三维模型的重心轨迹、悬空结构和跨桥结构。[0061] 以支撑多边形所在平面为参考面,3D打印为逐层打印的模式,在打印层数逐渐增加的过程中,其重心的位置也会随之不断改变,将所有重心顺序连接,即为重心轨迹;可以理解的是,3D打印切片方向不同,逐层打印过程中,不同参考面对应的重心轨迹唯一对应。[0062] 同样以支撑多边形所在平面为参考面,三维结构与参考面之间缺少撑托的部分结构为悬空结构或跨桥结构;其中,缺少撑托的部分结构中,若其相对两侧的结构具有撑托,则此部分结构定为跨桥结构,剩余结构均定为悬空结构。[0063] 步骤S2:根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑。[0064] 在3D打印作业中,三维模型的打印基底面与3D打印机打印平台之间为粘合连接,但当三维模型相对打印基底面无法保持平衡时,容易使得打印件脱离打印平台,使得打印作业失败;在本申请实施例中,根据三维模型的支撑多边形和重心轨迹进行分析,分析三维模型是否需要支撑件来保持平衡;具体的,当重心轨迹在对应支撑多边形所在平面的投影处于支撑多边形内部,表明以此支撑多边形所在平面为打印基底面时,打印件可以一直保持平衡,不需要添加支撑件使得打印件平衡。[0065] 以支撑多边形所在平面为参考面,悬空结构和跨桥结构即三维模型与参考面之间缺少撑托的部分结构,悬空结构倾斜的垂直角度小于45度,且悬空结构倾斜无方向转折点,即悬空结构的倾斜方向不存在先向上再向下倾斜的情况,此时悬空结构不需要添加支撑件,垂直角度为悬空结构的倾斜面与竖直面向上方向之间的夹角;跨桥结构的长度小于5毫米时,跨桥结构不需要添加支撑件。[0066] 步骤S3:若步骤S2所得结果为需要支撑,根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案。[0067] 以支撑多边形所在平面为参考面,若不存在悬空结构和跨桥结构不需要支撑的情况,且不存在重心轨迹处于支撑多边形内的情况,则根据支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案,支撑方案的生成过程包括以下步骤:[0068] 根据支撑多边形、悬空结构和跨桥结构,生成第一初步方案;[0069] 根据重心轨迹、第一初步方案,生成第一支撑方案;[0070] 根据支撑多边形和重心轨迹,生成第二初步方案;[0071] 根据悬空结构、跨桥结构和第二初步方案,生成第二支撑方案;[0072] 比较第一支撑方案和第二支撑方案的成本,选择成本较低的方案为预选方案;[0073] 可以理解的是,上述第一支撑方案和第二支撑方案均为同一支撑多边形所在平面为参考面时生成的支撑方案,且第一支撑方案和第二支撑方案可能相同,也可能不同,选取第一支撑方案和第二支撑方案中成本较低的方案为此支撑多边形对应的预选方案。[0074] 步骤S4:获取所述支撑方案的成本和近似度;[0075] 首先,根据预选方案的支撑件所采用的打印材料单价和支撑件尺寸,计算得到支撑方案的成本;接着,根据预选方案中打印件姿态和打印件初始姿态获取打印件的近似度,即近似度为以备选支撑方案对应的支撑多边形所在的平面为打印基底时,三维模型的打印姿态和客户提供的三维模型的初始姿态对比,两个姿态之间的近似程度。[0076] 步骤S5:根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案;[0077] 比较多个支撑多边形对应的预选方案,确定出成本最小的预选方案;再根据预设差值阈值,选出相对成本最小的预选方案在预设差值阈值内的备选方案,将备选支撑方案的近似度和成本对比,选取最大比值的对应支撑方案为优选支撑方案。[0078] 在一个示例中,最小成本值的支撑方案的近似度为70%,成本为20;备选支撑方案的近似度为85%,成本为22;对比近似度和成本,最小成本值的支撑方案的近似度/成本比值为3.50%,备选支撑方案的近似度/成本比值为3.86%;可以看出备选支撑方案虽成本相较最小成本值较大,但其近似度/成本却比最小成本值的支撑方案更高,因此选取备选支撑方案为优选支撑方案。[0079] 在本申请实施例中,还可以获取客户对三维模型支撑方案的满意度,并对满意度和比值分别赋予不同的权重值,再将满意度和比值进行权重相加,选取权重和最大的对应支撑方案为最终支撑方案。[0080] 以上边的例子举例,最小成本值的支撑方案的客户满意度为0.7,备选支撑方案的客户满意度为0.65;现赋予满意度权重0.3,比值权重值0.7,将满意度和比值权重相加,得到最小成本值的支撑方案的权重和为0.235,备选支撑方案的权重和为0.222;可以看出最小成本值的支撑方案的权重和大于备选支撑方案的权重和,选取最小成本值的支撑方案为优选支撑方案。[0081] 得到优选支撑方案后,调整三维模型的角度,导出STL格式文件至3D打印机完成打印;调整三维模型的角度,使得最终支撑方案的支撑多边形所在的平面为打印基底面,导出STL格式文件;STL格式文件为3D打印机的可识别文件,其利用现有技术生成,在此不做过多赘述;然后将STL格式文件交给3D打印机,3D打印机将三维模型逐层打印完成。[0082] 本申请还提供一种3D打印系统,如图2所示,一种3D打印系统包括:第一获取模块1,用于获取三维模型的支撑多边形及支撑多边形对应的重心轨迹、悬空结构、跨桥结构;分析模块2,用于根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,分析三维模型是否需要支撑;生成模块3,根据所述支撑多边形、重心轨迹、悬空结构和跨桥结构,生成三维模型的支撑方案;第二获取模块4,用于获取所述支撑方案的成本和近似度;确定模块5,用于根据所述成本和近似度,确定优选支撑方案。[0083] 为了更好地执行上述方法的程序,本申请还提供一种终端,终端包括存储器和处理器。[0084] 其中,存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可以包括存储程序区和存储数据区,其中存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令以及用于实现上述3D打印方法的指令等;存储数据区可存储上述3D打印方法中涉及到的数据等。[0085] 处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集,调用存储在存储器内的数据,执行本申请的各种功能和处理数据。处理器可以为特定用途集成电路、数字信号处理器、数字信号处理装置、可编程逻辑装置、现场可编程门阵列、中央处理器、控制器、微控制器和微处理器中的至少一种。可以理解地,对于不同的设备,用于实现上述处理器功能的电子器件还可以为其它,本申请实施例不作具体限定。[0086] 本申请还提供一种计算机可读存储介质,例如包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ReadOnlyMemory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。该计算机可读存储介质存储有能够被处理器加载并执行上述3D打印方法的计算机程序。[0087] 以上描述仅为本申请得较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的公开范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
专利地区:北京
专利申请日期:2023-03-27
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN116160685B