算法中输出的点是具有连通性信息的树结构,为了使该结构可打印,必须对支撑柱的直径进行分析。支撑柱的合适直径取决于多个因素,例如支撑件长度,材料的拉伸强度,沉积层的厚度,打印头的移动速度等。有可能还需要考虑全面的结构分析,以在建造模型时需要逐步计算应力,但是这些在计算上是非常复杂的。所以可以从几何的角度处理,通过测试以找到支撑柱的半径和长度之间合适的关系,它们取决于3D打印机和材料。根据经验值,我们设定支撑柱的最大倾斜角是40°,于是对40°的支撑柱测试了不同直径和长度之间的实验,以找出直径和长度之间的最佳结果。
当模型被打印出来后,需人工将树形支撑结构去除。若支撑直径为不变的简单立柱,则在顶端处与屋檐表面的接触面积略大,这样难以后期去除。支撑柱的顶部可以设置较细,原因是支撑的第一次迭代是短而薄的,可以减小和模型表面的接触。虽然这样对材料的节省帮助不大,但是为了允许支撑件容易地从模型的屋檐部分分离,而且可以避免接触面因为高温加热,使接触表面发生热熔坍塌现象,这样设置很有必要。
我们将本文算法生成的树形支撑结构和Makerware软件以及Meshmixer生成的支撑结构在打印时间、打印模型的耗材、支撑的质量进行了比较,对于内部的支撑填充我们默认为实体填充,以确保只针对外部支撑结构作对比。Makerware软件的支撑生成算法在打印之前会采用默认的设置生成。Meshmixer软件自动生成的支撑结构,在参数的设置上,我们为了使Meshmixer算法稳定性高,将识别模型角度的阈值范围和支撑密度设为最大值。
算法会在一系列的采样点上生成稀疏的树形支撑,支撑耗材少,而且稳定性高,并且支撑与模型的接触面积较小,打印结束易手动去除支撑,基本上对模型没有损伤。而打印机内置软件Makerware生成的打印效果比较好,但是在材料使用方面比本文的算法明显多出不少,而且与模型的接触面积较多,不易于人工去除支撑,特别是和模型下方相连的支撑,已经粘合在一起无法去除。而Meshmixer软件前期调参花费时间非常长,需要经验丰富的操作人员对参数进行大量的设置才能优化支撑,并且生成的支撑有很多地方都发生了折损的情况,稳定性不是特别理想,同时产生了很多冗余材料。
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