[发明专利]一种复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点获取方法

说明书

本发明提出了一种复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点获取方法，本发明针对复杂非均质NURBS体参数化模型的三维打印技术，给出了切片及支撑点求解的算法。首先构建复杂NURBS体参数化模型，为控制点添加两组分材料信息构建HNURBS体参数化模型，实现模型材料信息连续可视化表达；对HNURBS体参数模型进行等参单元网格采样后与一系列平面进行求交运算，对求交结果进行拓扑信息重建，得到切片的截面信息；对相邻的两截面数据进行布尔运算，得到三维打印模型的支撑点添加位置。本发明解决了复杂HNURBS体参数化模型面向三维打印的切片及支撑求解问题。

技术领域

本发明涉及快速成型技术领域，尤其涉及一种复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点获取方法。

背景技术

增材制造技术或3D打印技术诞生于20世纪80年代后期，采用材料堆积的方法来制造产品，因为其在复杂结构制造和快速成型方面的突出表现，被称为20世纪制造业领域的一项重大成果，并在生物医学、航空航天、建筑、科技文化等领域得到了快速发展及广泛的应用。目前三维打印产品材料设计方法一方面为由一种材料制造而成的均质产品，另一方面为由有限种材料分区域或体素构建的非均质产品，而针对两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的梯度功能材料研究较少。梯度功能材料因为梯度功能的涂覆型、连接型、整体型而在各个领域却具有十分广阔的应用前景。但目前三维打印技术面向的模型主要为以STL数据格式保存的B-Rep模型，由于STL数据结构只包含点与面的信息，因此在添加材料组分方面存在较大的困难。

以NURBS作为基函数的体参数化模型实体表达方法，NURBS高阶连续性保证了存在许多有效且数值稳定的算法来产生和优化体参数模型，而且基于该模型的等几何分析方法具有强大的灵活性、优异的精确性和收敛性等优势，因此一经提出在各领域得到了应用及推进。体参数化模型的控制点控制模型的几何形状，为控制点添加材料特征，通过NURBS基函数实现模型材料和几何的并行设计，构成材料空间映射到实体域，从而完成非均质体参数化模型的构建，实现材料的连续性表达。

三维打印过程是将三维模型离散为二维图形，再对二维图形进行累加的增材制造方式，切片处理为三维过程中非常重要的一步。随着产品材料组分和几何结构愈加复杂，在打印产品模型的悬空部位时，材料因悬在空中而无法融合，因此需要在切片前对物体模型悬空部位下方添加支撑结构或设计模型的自支撑结构，作为物体模型的一部分被打印机打印，这样在打印悬空部位时材料能够与下方的支撑结构凝结，从而完成三维打印。由于复杂非均质体参数化模型的构建较为困难，故现有的切片及支撑求解算法也基本为面向B-Rep模型，针对非均质NURBS体参数化模型的研究很少。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明提出了一种复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点获取方法，包括如下步骤：

S100：构建材料连续表达的HNURBS体参数模型，并实现所述HNURBS体参数模型的材料信息连续可视化表达；

S200：将HNURBS体参数模型划分为等参数线网格单元；

S300：得到所述等参数线网格单元的切片截面；

S400：重建轮廓拓扑信息，并拟合出各切片截面的轮廓；

S500：根据轮廓的拓扑关系树结构对各切片截面之间的轮廓进行布尔运算，获取该切片截面点上的支撑点。

本发明提出的所述复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点获取方法中，所述构建材料连续表达的HNURBS体参数模型包括：

S101：构建复杂NURBS体参数化模型；

S102：对控制点赋予材料信息；

S103：根据参数域与实体域的映射关系，构建材料连续表达的HNURBS体参数模型。