3D打印切片软件支撑算法研究

3D打印切片软件支撑算法研究

一、为何需要自动支撑/h2>

3D打印与传统模具制造方式不同，3D打印是增材制造，将模型整体分割成n层，逐层打印的过程，每一层是基于上一层的基础之上的累加。目前根据设备机构主要分为以下几个大类：FDM，LCD，SLM，SLA，DLP。
其中：
FDM也称耗材3d打印，主要材料为pla，abs等，如创想三维、anycubic，目前消费级机型售价大概1500–3000之间，各种变种，如最新比较潜力的“发光字打印机”、以水泥为打印材料，多彩色打印（以磨合为辅助，切片时记录纹理信息）
LCD为两年前开始出现的机型，属于光固化系列，材料为光敏树脂，精度比FDM高很多，可以打印的很精细，市面低端1500–3000如anycubic，浙江锐辰等，高端的上万元或以上，如Preform，诺瓦智能，金达雷等，目前局限是打印尺寸小，以及分辨率大多数为2k，少部分企业正在尝试4k屏，如能顺利即可解决水波纹、大尺寸等问题，将是一个新的提升
SLM为金属粉末烧结技术，材料为金属，精度非常高，可打印航空材料，都是有钱的大公司才会研发这样的设备，如先临
SLA激光束在液态树脂表面勾画出物体形状，层层打印出模型，速度比较慢，但精度较高，成本也较大，大公司sla设备以极光尔沃、大族激光等为主
DLP和LCD类似，但比LCD精度更高，利用数字光投影技术，目前成本较大，感兴趣的可具体去了解
为何要支撑br> 3d打印，逐层累加，就无法避免层突变，即悬空打印，上一层无材料的情况下，突变当前层，无支撑时必然会“掉”到工作平台之上，导致打印失败。

• 1、解决悬空的情况。
• 2、防止特有的几何面被破坏，故意抬升添加支撑
• 3、保持横截面变化均匀，受力均匀，以免模型内应力导致模型变形

二、扫描待支撑的区域

目前待打印模型多数为stl、obj、3mf等数字化模型文件，都是以三角面片为载体记录模型信息，模型文件的可视化效果如下：

自动支撑常规步骤：

• 1、检测模型的最低点
• 2、检测模型的最低边
• 3、检测法向量朝下的悬空面片
• 4、对悬空面进行分区域处理
• 5、对每个区域进行xy平面投影
• 6、用栅格划分投影平面，然后得到栅格交点
• 7、将交点利用重心坐标映射回模型的面片中
• 8、将最低点+最低边+采样点组合为最终的支撑点
• 9、生成支撑结构（如垂直结构、树状结构等）

检测模型的最低点：

分区域：

采样点重映射回 格

三、生成支撑结构

支撑结构分多种，最常用的就是垂直方式，也有树状结构。垂直结构，比较牢固，但比较耗材，支撑也是成本。树状支撑比较省成本，但算法计算复杂，越往下根越少，趋于稀疏。

四、自动支撑的局限与难点

• 1、无法根据人为经验判断该处是否添加支撑
• 2、复杂拓补结构的 格支撑非常困难
• 3、建立 格拓补关系需要大量的内存消耗，大模型加支撑非常吃力，并导致渲染系统卡顿
• 4、复杂模型的支撑碰撞检测相当繁琐
• 5、支撑密度根据不同类型模型控制较为繁琐，需要不断测试，并无最合适的密度参数
• 6、栅格采样法，会错过很多细小的特征，step跨度越大，错过概率越大，导致有些模型恰好都错过面片，支撑失败。后续升级为更好的支撑算法，支撑效果更理想。

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