FDM快速成型支撑结构自动生成算法的研究

FDM系统中零件原形的加工是靠热喷头挤出熔丝逐层堆积而成的。因此，支撑结构的添加对零件原形的制作起着至关重要的作用。针对支撑结构的需求，采用了一种新的支撑自动生成算法。该算法基于STL模型首先需提取待支撑区域，然后添加相应的支撑结构，最后确定待支撑区域的起点和终点。实际应用表明，生成支撑的效果良好。 快速成型技术，特别是FDM（熔融沉积建模）系统，是现代制造领域的重要组成部分，它依赖于热喷头逐层堆积熔丝来创建复杂的三维物体。支撑结构在FDM过程中至关重要，因为它们能防止零件在成型过程中因重力而变形，确保零件精度和表面质量。传统的支撑添加方法包括手动添加和软件自动生成，但手动添加要求操作者具备丰富的工艺知识，且效果难以保证，因此，自动支撑生成算法的研究变得尤为关键。 本文提出的是一种基于STL（标准三角形语言）模型的支撑自动生成算法。算法通过分析STL模型识别出需要支撑的区域，包括待支撑面、悬吊边和悬吊点。待支撑面的识别是通过对所有三角面片的法向量与Z轴正方向的夹角进行比较，当角度超过预设阈值时，这些面片会被标记为需要支撑。悬吊边的识别则基于相邻面片的共边及其法向量的方向，而悬吊点的识别则考虑了构成点的三角面片的法向量和Z坐标。识别过程涉及特定的连接策略，如种子三角面片和按点顺序连接，以确保正确地构造出支撑结构。 支撑结构的生成算法设计了针对不同特征的支撑类型。对于待支撑面，采用间隔型薄壁支撑，这种设计可以节省材料并保持稳定。通过在XOY平面上投影待支撑面，并设定垂直分层线，形成支撑结构。悬吊边的支撑通常采用单臂板，但对高悬吊边则采取中心线法，生成包含中心线的矩形或多边形支撑体。悬吊点的支撑则常以十字形为主，当高度超过一定阈值时，会调整为更稳定的结构。 这种新的FDM支撑自动生成算法有效地自动化了支撑结构设计，提高了生成支撑的效率和质量。实际应用表明，该算法能够减少材料浪费，缩短加工时间，并保证快速成型过程的效率和准确性。通过这种方式，FDM系统的使用变得更加高效，尤其适用于企业设计和生产环境中，简化了工艺流程，降低了人工干预的需求。