[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711347435.3
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108527864A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周煜青;甘學(xué)東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計研究所
• 主分類號: B29C64/255
• 分類號: B29C64/255;B33Y30/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 趙云

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型，包括連接桿、支撐桿和連接球，連接桿有4個，每三個連接桿一端通過連接球連接，組成四邊桁架結(jié)構(gòu)，每兩個不相交的連接桿中部通過支撐桿連接。該四棱體單胞構(gòu)型形式簡單，自身剛度很好，通過四個交點的位置變換可以適應(yīng)復(fù)雜的幾何外形，非常適合零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3D打印，以降低零件重量，提高結(jié)構(gòu)剛度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型，具體為一種適用于3D打印的點陣結(jié)構(gòu)中采用的基本微單元結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

復(fù)雜微單元結(jié)構(gòu)通常也被稱為點陣結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)，是指由具有毫米級相同或相近拓?fù)錁?gòu)型的材料單元通過有序或無序的重復(fù)排列方式連接組合而成的一種空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。隨著近年來激光增材制造技術(shù)的快速發(fā)展，以3D打印成型工藝為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)也越來越成熟。使得一些強(qiáng)度、剛度特性優(yōu)異的復(fù)雜微單元結(jié)構(gòu)可以通過3D打印技術(shù)植入機(jī)械結(jié)構(gòu)零件中，不僅減輕了結(jié)構(gòu)重量，還提升了結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。通常來講，復(fù)雜微單元結(jié)構(gòu)都是近六面體的單胞形式，如公開號為CN206536901U的專利即為一種典型六面體單胞形式，其對零件的外形適應(yīng)度較差，特別是曲率變化劇烈的部位很難通過六面體單胞進(jìn)行外表面的光滑處理，只能在表面區(qū)堆積采材料，會帶來重量增加。此外，由于六面體結(jié)構(gòu)，從節(jié)點連接形式上來講，在受載時是一個不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，要提高剛度，仍需增加中間連接。所以對于一些外形復(fù)雜，需要更加輕重量高剛度的零件而言，近六面體的單胞形式無法完全滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有六面體單胞構(gòu)型對復(fù)雜外形的表面區(qū)域的適應(yīng)度不足，本發(fā)明提供一種能夠較好適應(yīng)復(fù)雜外形面的單胞構(gòu)型。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型，包括連接桿、支撐桿和連接球，連接桿有4個，每三個連接桿一端通過連接球連接，組成四邊桁架結(jié)構(gòu)，每兩個不相交的連接桿中部通過支撐桿連接。

上述支撐桿交匯處通過連接球連接。

上述連接桿長度相等。

上述連接桿為圓柱形或棱柱形或中空管狀。

本發(fā)明具有如下有益效果和優(yōu)點：

該四棱體單胞構(gòu)型，幾何形式簡單，自身剛度好，其內(nèi)部通過支撐桿和連接球形成了多傳力路徑，結(jié)構(gòu)的抗損傷性能相比六面體構(gòu)型的單胞更好。此外，通過連接桿的長度變化，可以適應(yīng)復(fù)雜幾何外形的單胞填充，非常適合零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)3D打印，以降低零件重量，提高結(jié)構(gòu)剛度。

說明附圖

圖1是本發(fā)明應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型的基本單胞立體示意圖；

圖2是四棱體單胞構(gòu)型在表面的處理示意圖；

圖3是四棱體單胞構(gòu)型應(yīng)用于零件的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種應(yīng)用于3D打印的四棱體單胞構(gòu)型，包括連接桿1、支撐桿3和連接球2，連接桿有4個，每三個連接桿一端通過連接球連接，組成四邊桁架結(jié)構(gòu)，為單胞的外層，每兩個不相交的連接桿中部通過支撐桿連接，為單胞的內(nèi)層，如圖1所示。

上述連接桿1有多種形式，如圓柱形，棱柱形或中空管狀等形式。

上述支撐桿交匯處通過連接球連接。

上述連接桿長度相等的情況下即為正四棱體，如果支撐桿位于連接桿的中點，則交匯于一點。

圖2所示實施例是基于本發(fā)明提出四棱體單元結(jié)構(gòu)變化出來的表面單胞，可用于結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)3D打印，相比基本單胞構(gòu)型，其具有表面層5，為了適應(yīng)表面層的光順，對外層連接球2進(jìn)行了外形適應(yīng)性切割形成外層連接半球6。