Tight printable enclosures for additive manufacturing
Enceintes ajustées pour la fabrication additive
Abstract
Additive manufacturing is a process by which a three dimensional object is
created layer after layer, through selective deposition of material.
It often requires the automated generation of auxiliary shapes, to temporarily
support the object, to protect its surface, or to carve inner cavities and
reduce material usage.
In this context, we define a ``printable enclosure'' as a minimal volume
enclosing a given shape and whose boundary can be printed at the smallest
possible thickness while ensuring proper bonding between layers.
Such an enclosure is well suited to serve as auxiliary structure for additive
manufacturing: it is easy to print and require little material. In this
paper, we demonstrate its use on three different applications: enclosing a
print within protective walls that are close to the surface; generating large
inner cavities whose walls are printable, and finally modeling support
structures that provide a dense support to the downward facing surfaces while
vanishing as quickly as possible below the supported object.
We obtain the shape of an enclosure by considering constraints on its set of slices along
horizontal planes. In practice, the set of slices is discrete and the
constraints afford for an efficient sweep-like construction algorithm using
morphological operations on the slices. We discuss the printability and
optimality of the enclosures and their boundary walls.
La fabrication additive produit des objets en déposant un matériau en couches
successives.
Cela requiert souvent la synthèse ou l'impression de formes additionnelles pour
support l'objet en cours de fabrication, protéger sa surface ou bien y creuser
des cavités afin de limiter la quantité de matériel utilisé.
Dans ce contexte, nous définissons une "enceinte ajustée" comme le plus
petit volume contenant une forme donnée et dont le bord peut être fabriqué à la
plus petit épaisseur possible tout en garatissant le bon maintient des couches de
matière successives.
Ces enceintes ajustées sont utiles pour la fabrication additive. Elles sont
rapide à fabriquer et nécessitent peu de matériau. Cet article montre leur
utilité dans trois applications~: la génération d'une paroi protectrice restant
proche de l'objet à fabriquer, la génération de cavités aussi grandes que
possible à l'intérieur d'un objet et dont les parois restent fabriquables;
enfin, la modélisation de structures de support denses dans le voisinage
immédiat des parties basses de l'objets et diminuant le plus rapidement
possible en dessous.
Ces enceintes sont modélisées en considérant les contraintes s'opérant sur
leurs coupes transversales, par un plan horizontal. Nous décrivons un
algorithme par balayage permettant de modéliser rapidement ces enceintes à
l'aide d'opérations morphologiques sur les coupes.
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