[發(fā)明專(zhuān)利]一種面向3D打印的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410230442.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103978690A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂琳;屠長(zhǎng)河;陳寶權(quán);陳學(xué)霖;趙海森;魏源;樊慶楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C67/00
• 分類(lèi)號(hào): B29C67/00;B22F3/105;G06F17/50
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種面向3D打印的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是：包括以下步驟：

(1)計(jì)算初始給定的實(shí)心模型S的應(yīng)力分布SM(S，F(xiàn))，確定目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的參數(shù)值，并將其初始化；

(2)根據(jù)計(jì)算得到的應(yīng)力分布，進(jìn)行重心Voronoi分割，得到α個(gè)Voronoi分割區(qū)域單元c＝{c₁,…c_i,…,c_α}，計(jì)算分割區(qū)域單元Harmonic場(chǎng)的等值曲面；

(3)將Voronoi分割區(qū)域單元中等值曲面內(nèi)的部分挖空，建立新的實(shí)心模型S′，令S＝S′，重新計(jì)算其應(yīng)力分布；

(4)根據(jù)新的應(yīng)力分布，對(duì)比每個(gè)Voronoi分割區(qū)域單元，如果每個(gè)Voronoi單元內(nèi)部都沒(méi)有大于屈服點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)，轉(zhuǎn)到(7)；如果Voronoi分割區(qū)域單元中有大于屈服點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)且該分割區(qū)域單元Harmonic場(chǎng)的等值面與每輪迭代等值面系數(shù)的減少步長(zhǎng)的差值小于每輪迭代的等值面系數(shù)閾值，則轉(zhuǎn)到步驟(5)；如果Voronoi分割區(qū)域單元中有大于屈服點(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)且該分割區(qū)域單元Harmonic場(chǎng)的等值面與每輪迭代等值面系數(shù)的減少步長(zhǎng)的差值不小于每輪迭代的等值面系數(shù)閾值，否則，轉(zhuǎn)到步驟(6)；

(5)將S內(nèi)的相鄰且等值面參數(shù)一樣的單元合并，產(chǎn)生新的Voronoi分割區(qū)域單元，新的單元的等值面系數(shù)不變，轉(zhuǎn)到步驟(3)；

(6)減小該分割區(qū)域單元Harmonic場(chǎng)的等值面，增加該Voronoi分割區(qū)域單元的材料；轉(zhuǎn)到步驟(3)；

(7)根據(jù)Voronoi分割區(qū)域單元，將各個(gè)單元內(nèi)等值面內(nèi)的部分挖空，得到新的模型，將該模型輸出。

2.如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是：所述步驟(1)中，應(yīng)力分布SM(S，F(xiàn))的計(jì)算方法，具體包括以下步驟：

(1-1)將實(shí)心模型S四面體化；

(1-2)對(duì)四面體化后的模型進(jìn)行有限元分析，得到模型內(nèi)部的應(yīng)力分布。

3.如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是：所述步驟(2)中，重心Voronoi分割的具體方法，包括以下步驟：

(2-1)在S內(nèi)部使用誤差擴(kuò)散的方法(error?diffusion)來(lái)生成α個(gè)初始站點(diǎn)，這樣在應(yīng)力大的區(qū)域分布的站點(diǎn)數(shù)多于應(yīng)力小的地方，使得站點(diǎn)的分布與應(yīng)力分布相匹配；

(2-2)根據(jù)公式Vor(ci)={x∈S|||x-ci||≤||x-cj||,∀j≠i},]]>用Lloyd方法計(jì)算重心Voronoi分割，其中，i＝1,…,α；j＝1,…,α；χ為特定材料的屈服點(diǎn)。

4.如權(quán)利要求3所述的一種面向3D打印的物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是：所述步驟(2-1)具體包括以下步驟：

(2-1-a)在S內(nèi)部隨機(jī)分布一個(gè)點(diǎn)p；

(2-1-b)定義點(diǎn)p關(guān)于p點(diǎn)處應(yīng)力值的接受概率函數(shù)，該函數(shù)與p點(diǎn)處的應(yīng)力值成正比，并通過(guò)隨機(jī)數(shù)生成來(lái)判定點(diǎn)p是否被接受；

(2-1-c)重復(fù)(a)(b)過(guò)程，直至有α個(gè)點(diǎn)被接受，即生成了α個(gè)初始站點(diǎn)。