FDM快速成型中自动支撑结构生成算法优化研究

FDM（Fused Deposition Modeling）快速成型是一种利用熔融沉积技术制造三维实体的工艺，它通过热喷头逐层堆积熔丝来形成零件原型。在这个过程中，支撑结构的精确添加至关重要，因为它直接影响到零件的稳定性和成型质量。本文主要研究了一种新的FDM快速成型支撑结构自动生成算法。 该算法的核心步骤包括以下几个部分： 1. 待支撑区域提取：首先，基于STL（Standard Tessellation Language）模型，通过对模型中的三角面片进行分析，找出那些法向量与Z轴正方向夹角大于预设阈值的区域，这些区域被认为是可能需要支撑的待支撑面。由于这些面片通常是独立且数量众多，需要通过种子三角面片的方式将它们整合成连续的待支撑区域。 2. 悬吊边和悬吊点识别：在实体模型中，当两个倾斜表面共享一条边，且这条边的两端Z坐标较低，同时这两个面片的法向矢量向负Z轴方向，那么这条边就被识别为悬吊边。悬吊边通常与悬吊点相连，这些点是支撑结构的关键生成点。 3. 支撑结构添加：对于悬吊边，算法会生成对应的支撑结构，确保其稳定性和加工路径的连续性。支撑体的生成通常采用中心线法，通过找到悬吊边的中心线，创建支撑结构。而支撑终点和起点的确定则通过投影法和干涉法来实现，这样可以减少材料的浪费，提高成型效率。 4. 支撑稳定性与连续性考虑：FDM工艺要求加工路径尽可能连续，支撑结构的设计必须保证整个零件在加工过程中能够保持稳定，避免变形或断裂。因此，支撑结构的生成不仅要满足力学性能，还要兼顾工艺流程的优化。 5. 实际应用效果：经过实际应用验证，这种支撑自动生成算法能够有效地识别出需要支撑的区域，并生成合理的支撑结构，从而显著改善了FDM零件原型的制作质量和效率。 这项研究针对FDM快速成型过程中的支撑结构生成问题，提出了一种基于STL模型的智能算法，通过自动化处理，简化了支撑结构的添加过程，提升了整体的制造效能。这对于降低生产成本、提高产品质量以及缩短生产周期都有积极的影响。