【3D打印支撑算法研究现状文献综述1900字】

VII3D打印支撑算法研究现状文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u188063D打印支撑算法研究现状文献综述 1144451.13D打印概述 1304211.1.13D打印工艺概述 115081.1.23D打印流程 2300311.2支撑算法研究现状 33D打印概述3D打印工艺概述3D打印在二十世纪八十年代被首次提出，其基本原理是通过分层算法将模型切片为二次截面，最后将二次截面不断地堆积直至称为完整的模型，实现了有二次到三次的转化。3D打印大致步骤如下。第一步，采用我们现有的三维模型设计软件进行模型的构建。已有的的工件也可以通过扫描形成数据模型。第二步，在得到数据模型文件之后，利用与打印机兼容的数据模型处理软件对模型进行初步处理：首先按照自己所需参数对数据模型进行大小等方面修改，再对模型进行支撑结构的构建，最后使用分层算法对构建好的模型进行切片，对于完成切片的模型进行打印路径的规划。第三步，将完成的文件输出为打印机可以识别的代码文件。第四步，打印机读取文件，按照设置好的路径进行打印，将一层层的截面按照顺序逐渐堆积成型，实现由数据模型到实体工件的转化。3D打印发展至今已经形成了一个完整的工艺，尤其是近十年更是迎来了高速发展，出现了大量的新型工艺，大多数都是在SLS、SLA、LOM、3DP、和FDM这几个工艺的基础创新的[5]。图3为常见的打印类型以及打印材料的介绍。图3常见打印类型以及打印材料3D打印流程3D打印流程可简单分为五个步骤。如图4所示（1） 构建三维数据模型：我们所有的3D打印都是基于数据模型来进行的，数据模型的建立是我们整个过程的基础。一般采用建模软件来生成我们的模型，例如CAD建模软件输出的CAD模型。也可以是用扫描仪对已有工件进行扫描得出数据模型。但是输出模型文件并不能直接被打印机读取，因此我们将其转换为STL文件或OBJ文件。常用为STL文件。（2） 支撑结构的生成：在对STL文件进行分层处理之前我们应对我们的模型进行支撑结构的构建以保证模型的完整性，并且降低打印失败的概率。（3） 切片分层算法：在支撑结构构建完成后我们对模型进行分层切片，常见的分层算法有等厚分层和自适应切片算法。切片算法实现了将三维模型到二维切片图形的转化。（4） 路径规划：分层切片之后我们的得到的外壁与内壁之间需要对其进行填充才能得到模型的截面的外壳，良好的路径规划可以有效的进行填充保证打印出来物体牢固，同时也能很好的提高打印效率。（5） 后期处理：后期处理主要是为了使模型在保证完整性的同时更加的美观，以FDM为例，首先我们将打印模型从热床上铲下，再将支撑结构去除，将支撑部位打磨光滑。支撑算法研究现状在3D打印中支撑结构的合理构建可以提高打印的成功率，对于FDM打印机来讲，支撑部分分为基础支撑（底座）以及悬空部分支撑，底座是FDM打印过程中必不可少的部分，它为我们打印提供了一个平整的平面，提高模型打印成功率以及方便将模型完整的拆下。悬垂部分的支撑是为了提供一个支架，保证能够顺利打印。支撑结构的研究主要分为两个方面，一是对支撑结构支撑点的选取，二是支撑结构的具体形状。支撑结构的构建主要基于STL文件的数据信息。首先是支撑点的选取：将打印机平台中央设置为原点，将打印范围进行网格化，可以得出三角面片法向量与X-Y平面的法向量的夹角，将夹角与设置阈值相比较，符合条件的交点就将其作为支撑点，不符合条件的交点进行排除。支撑点储存再网格之中。由此卞宏友[6]等人提出的基于模型在X-Y平面的投影特征的垂直切片支撑算法，支撑算法进一步的完善，更加全面的分析支撑点。张俊卿[7]等再此基础之上实现了二叉树式树状支撑，进一步的优化了支撑算法，使支撑点的选取更加精准。支撑结构的构建理念是为了保证模型打印的成功率以及打印完整性，因此我们在进行支撑研究时，首先确保模型可以成功打印，其次在保证成功率的同时尽可能的节约材料，最后我们最终成品应该是完整的模型，所以支撑结构要保证轻松去除，综上我们在研究支撑时应当以完整性、节约性、简单性为标准[8]。图5薄壁支撑示意图Egger[9]等人的薄壁支撑是最基础的支撑，基本原理是在支撑面下形成薄壁结构，虽说很好的保证了模型的稳定性，但是由于支撑过于密集导致出现材料的浪费。为了解决该问题，对薄壁支撑进行优化，欧立松的十字支撑与卢凯[9]的锯齿转支撑都是从支撑的接触面积来入手，而王彦云[10]等人的混合支撑则是从不同区域选取不同方案来进行优化。现阶段主流的支撑结构切片算法：Cura、Simplify3D、SLia3r。图5为两种薄壁支撑示意图。显而易见，柱状支撑结构虽然在稳定性上有很大的优势，但是却在节约性上存在很大缺陷，相应的打印时间过长。在后期处理上也存在一定的问题。为了解决该问题，人们提出树状支撑算法。Vanek[10]等人主要针对树状支撑结构进行研究，树状支