能夠滿足體積設(shè)計要求、外形設(shè)計要求、拓撲簡化要求、 物理強度及穩(wěn)定性，并自動滿足可打印性。
[0027] 如圖2所示為本發(fā)明所述非均勻框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括： 21原始彳旲型。
[0028]22骨架結(jié)構(gòu)。其對應三維打印參數(shù)為：桿放縮比和半徑。
[0029] 23對于原始模型的劃分。骨架部分隨著骨架進行放縮，連接部分通過骨架部分光 滑拼接放縮。
[0030] 本發(fā)明以打印材料的物理特性、打印條件及打印物體的材料體積為約束，以打印 模型所受應力最小化為目標，建立三維打印模型。
[0031] 所述打印材料的物理特性包括材料的楊氏模量證:、剪切模量礙、泊松比貧。
[0032] 打印物體所用材料體積的約束可包括： 公式⑴體積約束條件：V〇Ks) ^yUO)， 其中：___|餐I表示物體的體積，§是放縮比向量，分量由每根桿的放縮比組成，_||_| 表示原體積，於表示約束為原體積的倍數(shù)，用于用戶指定體積上限 打印條件可包括對稱性條件： 公式（2) : c 其中I表示一個指標集，集合內(nèi)的元素為所有需要對稱性條件的放縮比，％:和_是放 縮比向量的第I個和第i個分量。
[0033] 打印物體可包括框架結(jié)構(gòu)中的半連續(xù)條件： 公式（3:
其中_和_表示桿的放縮比上下限，由可打印性確定，_為0表示該桿被刪去，|^表 示桿的集合，表示桿的總數(shù)。
[0034] 打印物體可稀疏性條件： 公式（4:
其中料19表示放縮比向量S的非零分量的數(shù)量，f為用戶指定的優(yōu)化后的桿的數(shù)量。[0035] 極小化模型物體所受應力的目標函數(shù)： 公式（5)
其中_表示有限元單元集合，g是其中一個單元，_表示單元所受應力大小。
[0036] 可見本發(fā)明以優(yōu)化最大應力的方式加強模型最脆弱的地方。
[0037] 如圖3所示為本發(fā)明實施例1的受力分析示意圖，包括： 31物體受力點及受力方向。
[0038] 32物體所受應力分布。
[0039] 如圖4所示為本發(fā)明實施例1的框架參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，包括：桿的放縮比和數(shù)量。
[0040] 如圖5所示為本發(fā)明實施例1的三維打印結(jié)果。
[0041] 由上述【具體實施方式】可知，本發(fā)明的參數(shù)包括框架結(jié)構(gòu)參數(shù)；本發(fā)明通過自適應 非均勻桿的放縮比和數(shù)量優(yōu)化物體結(jié)構(gòu)，以達到在給定材料體積條件下保證物體的強度和 拓撲要求；本發(fā)明通過打印參數(shù)的優(yōu)化來提高打印物體的強度，簡化物體的拓撲結(jié)構(gòu)；本 發(fā)明輸出為優(yōu)化后的實體模型，適用于當前的所有三維打印方式。
[0042] 以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對 所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的 結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在于，包括W下步驟： (1) 獲取打印物體的=維網(wǎng)格模型，用戶設(shè)置受力分布和打印材料體積約束； (2) 自動優(yōu)化=維模型打印參數(shù)，通過用戶輸入，自動生成非均勻的框架結(jié)構(gòu)，確定初 始參數(shù)并進行優(yōu)化，所述參數(shù)包括非均勻框架結(jié)構(gòu)中桿的半徑和數(shù)量； (3) 根據(jù)步驟（2)的優(yōu)化打印參數(shù)生成實體模型； (4) 將步驟（3)所生成的實體模型進行=維打印，W打印材料的物理特性、打印條件及 打印物體的材料體積中的一種或多種條件為約束，W打印模型所受應力最小化為目標，建 立S維打印模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述步驟（2)中非均勻框架結(jié)構(gòu)包括： (21) 原始模型； (22) 骨架結(jié)構(gòu)，其對應的=維打印參數(shù)為：桿放縮比和半徑； (23) 對于原始模型的劃分，骨架部分隨著骨架進行放縮，連接部分通過骨架部分光滑 拼接縮放。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述打印材料的物理特性包括材料的楊氏模量變、剪切模量瀑、泊松比4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述打印物體所用材料體積的約束，通過下列公式一實現(xiàn)： 公式-?:其中Ilipl表示物體的體積，S是放縮比向量，分量由每根桿的放縮比組成，filll表示原體積，節(jié)表示約束為原體積的倍數(shù)，用于用戶指定體積上限。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述步驟（4)打印條件包括對稱性條件，通過下述公式二實現(xiàn)： 公式二：其中，5表示一個指標集，集合內(nèi)的元素為所有需要對稱性條件的放縮比，SI和1是放 縮比向量的第f個和第I個分量。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述步驟（4)打印物體包括非均勻框架結(jié)構(gòu)中的半連續(xù)條件和可稀疏性條件，通過下述 公式=和公式四實現(xiàn)：公式立： 公式四： 其中，幾^日Ii表示桿的放縮比上下限，由可打印性確定，累i為O表示該桿被刪去，Hl表示桿的集合，I怎表示桿的總數(shù)； 其中，Plfe表示放縮比向量S的非零分量的數(shù)量，f為用戶指定的優(yōu)化后的桿的數(shù)量。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應力分析的優(yōu)化=維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，其特征在 于，所述步驟（4)打印模型所受應力最小化通過下述目標函數(shù)的公式五實現(xiàn)： 公式五：其中i表示有限元單元集合，揖是其中一個單元，龍表示單元g所受應力大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于應力分析的優(yōu)化三維打印物體結(jié)構(gòu)的算法，包括以下步驟：獲取打印物體的三維網(wǎng)格模型，用戶設(shè)置受力分布和打印材料體積約束；自動優(yōu)化三維模型打印參數(shù)，通過用戶輸入，自動生成非均勻的框架結(jié)構(gòu)，確定初始參數(shù)并進行優(yōu)化；根據(jù)上述優(yōu)化打印參數(shù)生成實體模型；將生成的實體模型進行三維打印，以打印材料的物理特性、打印條件及打印物體的材料體積為約束，以打印模型所受應力最小化為目標，建立三維打印模型。本發(fā)明能夠自適應優(yōu)化框架中的放縮比和數(shù)量，以達到在使用規(guī)定材料體積條件下保證物體的強度要求，并且能夠?qū)δＰ瓦M行簡化；本發(fā)明通過參數(shù)的優(yōu)化來提高打印物體的強度并且簡化物體的拓撲結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G06F3/12
【公開號】CN105204791
【申請?zhí)枴緾N201510576667
【發(fā)明人】張朋
【申請人】合肥阿巴賽信息科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月11日