[发明专利]一种FDM三维打印垂直支撑模型的布尔操作方法

说明书

本发明公开了一种FDM三维打印垂直支撑模型的布尔操作方法。它具体包括如下步骤：(1)基于STL网格模型对支撑区域进行搜索，扫成支撑轮廓；(2)对支撑轮廓进行布尔差操作；(3)布尔并操作，具体为：基于布尔差操作所得到的模型为侧面垂直的支撑体，针对相互重合的侧面进行，其并的面实际为相互平行的竖直的面；(4)重新网格化，将上述网格边界处的网格重新建立对应关系，从而保证得到的支撑模型为有效的二维流形，并输出支撑模型。本发明的有益效果是：对布尔差和布尔并操作均加以优化，即考虑顶面向‑Z方向投影求交的求解方法，以得到合适的支撑模型，大大简化了对于算法的要求。

技术领域

本发明涉及三维打印相关技术领域，尤其是指一种FDM三维打印垂直支撑模型的布尔操作方法。

背景技术

FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式，即为熔融沉积成型。搞懂FDM成型技术，首先我们需要转变思维。通常2D打印是在一张纸上(一个平面上)完成打印，而3D打印是完成一个立体模型的打印。FDM，通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。

由于FDM设备的特殊性，数据预处理部分需要为零件生成支撑部分以防止加工过程中防止坍塌。基于已有STL模型生成支持FDM设备的支撑数据是一个复杂的问题，其中涉及到数字几何处理很难处理的布尔操作、容差处理、鲁棒性处理等问题。一般网格模型的布尔操作，其操作对算法要求较高，这主要表现在容差、求交效率、奇异判断、拓扑重建等方面。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供了一种对算法要求较低的基于FDM三维打印垂直支撑模型的布尔操作方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种FDM三维打印垂直支撑模型的布尔操作方法，具体包括如下步骤：

(1)基于STL网格模型对支撑区域进行搜索，扫成支撑轮廓；

(2)对支撑轮廓进行布尔差操作，具体为：对于一个待求支撑区域，看成一个从支撑区域向下投影而扫成的网格模型，这个模型在扫成中，遇到的零件表面为该支撑模型的底面，该底面和所有的侧面组成支撑模型；

(3)布尔并操作，具体为：基于布尔差操作所得到的模型为侧面垂直的支撑体，针对相互重合的侧面进行，其并的面实际为相互平行的竖直的面；

(4)重新网格化，将上述网格边界处的网格重新建立对应关系，从而保证得到的支撑模型为有效的二维流形，并输出支撑模型。

该方法实际先通过垂直支撑模型和物体模型的布尔差操作得到支撑体，然后将这些支撑体进行布尔并操作并通过重新网格化得到。该方法对布尔差和布尔并操作均加以优化，即考虑顶面向-Z方向投影求交的求解方法，以得到合适的支撑模型，大大简化了对于算法的要求。

作为优选，在步骤(2)中，布尔差操作方法如下：

Step 1：支持顶面面片集合Sa向底面投影，得到一个平面区域 A，平面区域A为同平面三角形集合；

Step 2：计算落于平面区域A中的区域的三角面片集合W；

Step 3：对三角面片集合W中的三角形，计算其相互遮挡关系；

Step 4：组成支撑网格模型，其中：可见面片集合Vs、平面区域A、支持顶面面片集合Sa以及支持顶面面片集合Sa向下投影的侧面Hsa，组成新的支撑模型的实体；

Step 5：面片集合Nhs、可见面片集合Vs、平面区域A、支持顶面面片集合Sa组成新的支撑网格的面片集合。

作为优选，在步骤Step 2中，三角面片集合W获取方法如下：