[发明专利]一种增材制造用支撑结构及其设计方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种增材制造用支撑结构及其设计方法。增材制造用支撑结构的设计方法包括：在树形支撑结构的表面选取预设数量的建模点；基于建模点，采用Voronoi算法生成晶胞结构；获得晶胞结构的表面与树形支撑结构的表面之间的交线，交线包括多个分段；以每个分段为轴线对应生成管状的支撑件；对支撑件进行细化处理以构成支撑结构。采用上述设计方法得到的支撑结构呈树形且为内部设置有空腔的壳体结构，壳体结构的多个管状的支撑件使壳体结构形成连续的网状壳体，从而使支撑结构的材料用量少、质量轻，且便于从工件上去除，且对于SLM而言，能够有效避免热应力不均导致的支撑结构变形，提高所支撑工件的成型精度。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造用支撑结构及其设计方法。

背景技术

随着增材制造技术的快速发展，增材制造成型的工件已经广泛地应用于航空、航天、医疗等领域。在工件成型过程中，增材制造用支撑结构的形状、设置位置等是影响最终工件质量的重要因素。

在对增材制造用支撑结构进行设计时，材料的用量是一个重要的考虑因素，现有技术中，支撑结构包括直线型、树形等多种类型，相对于其他类型的支撑结构，树形支撑结构能够在一定程度上减少材料用量、降低支撑结构的重量，但是，为了进一步提高材料的利用率，需要进一步降低支撑结构的材料用量。

因此，亟待需要一种增材制造用支撑结构及其设计方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提出一种增材制造用制成结构的设计方法，其构造的支撑结构材料用量少、质量轻，且能够有效降低金属打印过程中的热应力。

本发明的第二个目的在于提出一种增材制造用支撑结构，材料用量少、质量轻，且能够有效降低金属打印过程中的热应力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种增材制造用支撑结构的设计方法，包括步骤：

在树形支撑结构的表面选取预设数量的建模点；

基于所述建模点，采用Voronoi算法生成晶胞结构；

获得所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构的表面之间的交线，所述交线由多个分段组成；

以每个所述分段为轴线，分别对应生成管状的支撑件；

对所述支撑件进行细化处理，以构成所述支撑结构。

可选地，所述树形支撑结构包括实心主干部和实心枝干部，所述实心枝干部的末端为圆锥结构，步骤1中，所述建模点的选取方法包括：

在每个所述圆锥结构的底面圆周上选取预设数量的选取点；

在所述树形支撑结构除去所述圆锥结构以外的表面上，以预设密度选取随机点，所述选取点和所述随机点的集合为所述建模点。

可选地，采用布尔关系得到所述晶胞结构的表面与所述树形支撑结构的表面之间的交线。

可选地，生成所述支撑件的方法为：

分别以每个所述分段为轴线，并赋予每个所述分段一个预设半径，以使每个所述分段对应生成一个所述支撑件。

可选地，对所述支撑件进行细化处理的步骤包括：通过布尔操作，去除所述支撑件间的重合部分；

一种增材制造用支撑结构，所述支撑结构呈树形，所述支撑结构为内部设置有空腔的壳体结构，所述壳体结构包括多个管状的支撑件，多个所述支撑件使所述壳体结构形成包括多个孔洞的连续网状壳体，所述孔洞与所述空腔连通。

可选地，所述支撑结构包括框架主干部和多个连接于所述框架主干部的框架枝干部，所述框架枝干部的末端处的所述支撑件围成棱锥框架，所述棱锥框架的顶点为支撑点。