支撑结构设计国外研究现状 在国际上，激光选区熔化增材制造技术很有代表性和研制非常成功的当属美国 3D System公司与日本 CEMT 公司，他们两个公司都在他们的激光选区熔化增材制造装备上开发出了相 应的支撑设计软件，首先这两个软件的细节和形式存在差异，但这两个的方法大概是一样的。69418

美国 3D System 公司在设计支撑时，并没有用支撑设计的软件进行直接操作，而是让本 公司的 CAD 设计工作人员简单直接在三维的实体软件上进行操作，由于通常大的 CAD 设计 软件，如 Pro/ENGINEER 等都有装配的功能，CAD 设计的人员把零件的三维实体设计完以后， 之后就可以在装配的模块下进行零件的工艺支撑的设计，于此同时工作人员还将支撑也作为 一个简单的零件和原来的零件同时进行装配，由于 CAD 设计工作人员非常熟悉了解制作零件 整体的特征，设计起来特别方便。但是由于 CAD 设计员不懂该怎样给零件加支撑和加怎样的 支撑，所以此种支撑设计方法一定要使得 CAD 的设计工作人员特别了解制件的工艺支撑设计 的要求或者必须有制件的支撑设计人员的协助才可以完成零件工艺支撑的设计，所以此支撑 的生成技术并没有特别的实用，发展的并不成熟。论文网

现在有许多设备外的数据接口的软件也有辅助支撑的全自动添加功能。就比如一款 Magics RP 软件，此软件是比利时的 Materialise 公司于 1993 年所推出的，其中的 Magics SG 这个模块是特地用来进行支撑的自动添加功能，可以于较少的时间内进行自动地设计支撑。 此模块同时也与 3D system 公司的成形设备互相兼容，不仅能够接收 SLC 格式的文件，还能 接收 STL 格式的文件，此部分首先会生成零件的整体支撑，然后在每个需要添加支撑的表面 允许用户手动修改和选择其它的支撑类型，生成的支撑可以在、Point、Web、Line、Gusset、 Contour、Combination 等多种形式中选择，比如经常采用的 Block 支撑，使得支撑容易去除， 并且能够确保被支撑面的表面光洁度。生成支撑模块在详细生成支撑的过程里有五个步骤，

分别是[2]：

（1）在设备设置里定义每种支撑的参数；

（2）支撑的自动生成；

（3）依据用户自己不同的需求，对支撑的参数与类型进行手动修改；

（4）适当地修改生成支撑的二维与三维的部分；

（5）进行保存并输出支撑的操作； 目前国内关于激光选区熔化法增材制造过程中支撑结构设计的研究还处于初级阶段，尽

管某些高校的研究取得了一定的成果，但是就研究深度与研究广度而言，并没有什么突破性 的进展，本实验室同时也是在摸索与探索中。

2 晶格造型技术国内研究现状

晶格造型方法是近年来发展起来的一项新兴造型技术，通过在零件表面、零件内部设计 具有一定分布规律的晶格曲面替代零件原始的实体区域、支撑结构，实现零部件的形状优化。 晶格造型方法首先需要定义晶格曲面的函数表示，使用几何建模算法在实体零件的减重区域 生成晶格曲面[7-9]。

Liang 等采用 Schwartz 钻石体结构、gyroid 螺旋二十四面体结构表示晶格曲面，并将该类 曲面表示应用于金属材料激光增材制造所需的支撑结构。相比于传统的支撑结构设计，该类 晶格式的支撑结构自为一体，机械强度性能较好，同时具备天然的出粉孔，有利于增材制造 过程中的粉末回收，如图 1.3 所示。

 隐式曲面表示的晶格曲面结构

Hussein 等在 Liang 的研究基础之上，以钛合金悬垂结构件为试验对象，从激光增材制造 工艺优化角度分析了不同尺寸晶格大小、晶格曲面容积率对金属零件悬垂区域支撑效果的影 响，通过系列对比试验，获得了 Schwartz 钻石体结构、gyroid 螺旋二十四面体结构的最佳单 元晶格大小。基于该试验结论，所设计的支撑结构能够节约 92%的粉末材料[3]。