[发明专利]一种优化物体整体刚度的三维打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化物体整体刚度的三维打印方法，属于三维打印技术领域。

背景技术

三维打印技术是快速成型技术的一种，也称增材制造。该技术以数字模型文件为基础，使用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来加工出物理对象。

三维打印通常采用数字技术材料打印机实现，常在模具制造、工业设计等领域用于模型的制造，而后也逐渐用于直接制造一些产品，并已有使用该技术打印生成的零部件。该技术应用广泛，在建筑、工程工业设计、珠宝、鞋类以及汽车、土木工程、牙科和医疗产业、教育、航空航天、地理信息系统、枪支等领域都有所涉及。

三维打印主要的设计过程如下：首先通过计算机软件建模，然后将建成的三维模型分成逐层的截面(即切片过程)，以指导打印机进行逐层打印。三维打印机读取横截面信息，再用液体状、粉状或片状的材料将些截面逐个打印，最后将各层截面以各种方式粘合起来制造出一个实体。该项技术几乎可以造出任何形状的物体。

通常三维打印技术打印出的物体，本身存在各种脆弱区域，难以适应真实世界各种复杂受力要求，例如但不限于：物体运输过程中各个方向的碰撞、挤压等，外力的捏、拉、压、拧等。现存的三维打印物体刚度优化方法，均为在某个特定的受力模式下改进物体的刚度，即加强物体在某种特定受力下的强度，不能适应上述的复杂情形。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种优化物体整体刚度的三维打印方法，在给定打印材料体积的前提下，使打印物体的整体刚度得到优化，即物体在各种未知的受力分布下，脆弱区域的强度得到整体提升。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种优化物体整体刚度的三维打印方法，包括以下步骤：

步骤A：获取用户输入的打印物体三维网格模型；

步骤B：根据步骤A获取的三维网格模型确定并优化表皮参数和框架参数；所述表皮参数包括表皮外形尺寸和自适应厚度；所述框架参数包括支杆个数、半径、长度及节点位置；

步骤C：根据上述步骤B获得的优化参数生成实体模型；

步骤D：打印上述步骤C生成的实体模型。

作为上述技术方案的具体优化，所述步骤B中优化表皮参数和框架参数的方法为：以打印材料的物理特性、打印条件、打印条件的物理特性及打印物体的材料体积中的一种或多种体积为约束，以打印模型整体刚度最大化为目标，建立三维打印模型。本发明重点阐述表皮参数和框架参数的优化，对于根据三维网格模型确定表皮参数和框架参数的方法可以参考现有技术中已公开的“蒙皮-框架”三维打印技术相关的资料，具体地如中国专利文献CN 103568325A所公开的内容。

作为上述技术方案的具体优化，所述打印材料的物理特性包括材料的杨氏模量E、剪切模量G、泊松比ν。

作为上述技术方案的具体优化，打印物体所用材料体积的约束，通过下列公式一实现：

公式一：Σej∈EIπrj2lj+Σej∈ES2rjaj≤Vol‾]]>