[發明專利]一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法

在審

• 申請號: 202010534848.8
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111695259A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 唐倩;范小杰;馮琪翔;馬帥;宋軍;劉聯超;李燚;蘇齊光
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/30;G06T17/20
• 代理公司: 重慶創新專利商標代理有限公司 50125
• 代理人: 李智祥

本發明公開了一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法，包括以下步驟：步驟一，將初始曲面加厚形成連續梯度壁厚極小曲面，然后通過法向量方程、兩個加厚對應點集關系式得到加厚曲面的方程；步驟二，利用步驟一得到的點集，重構相應的極小曲面模型；然后將兩個加厚的曲面封閉成一個整體模型；步驟三，利用3D打印技術將步驟二得到的整體模型進行加工成型。本發明基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法，從需求和技術原理出發，提出一種壁厚可連續梯度變化、曲面可廣泛選擇、控制效果佳的極小曲面多孔結構加工方法，可解決目前航空航天、醫療植入等需要個性化設計、模量及應力等處處匹配的模型設計困難問題。

技術領域

本發明涉及多孔結構加工與計算機輔助制造領域，特別是涉及一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法。

背景技術

3D打印技術由于節約原材料、加工允許形狀廣、支持個性化設計等特性，被廣泛應用于航空航天、特種裝備制造、醫療康復、汽車模具等行業。基于此的輕量化、個性化設計理念被廣泛接受與關注，多孔結構的設計被越來越重視，其具有抗沖擊、隔音隔熱、模量可調、流通順暢等優良特點。傳統的制造方式難以實現制造目前大多數的規則多孔結構。

對多孔結構進行參數化設計可以得到不同性能的模型，因此對于控制多孔結構的不同參數極為重要，對于一般的多孔結構，很難通過參數設計得到連續變化的較佳模型。而三周期極小曲面(TPMS)是一種平均曲率為零的特殊結構，其種類多、形態變化大，并且可以通過控制曲面的數學方程對應參數獲得不同的多孔結構性能。

通過加厚三周期極小曲面可以獲得具有薄壁特征的多孔結構，改變極小曲面類型和曲面加厚量可以得到不同的多孔結構，但目前沒有關于壁厚連續變化的加厚TPMS模型的設計及加工方法。

因此本領域技術人員致力于開發一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于3D打印的連續梯度壁厚的TPMS結構的加工方法，包括以下步驟：

步驟一，將初始曲面加厚形成連續梯度壁厚極小曲面，然后通過法向量方程、兩個加厚對應點集關系式得到加厚曲面的方程；

其中，初始曲面公式為F(x，y，z)＝0，加厚后的兩個曲面公式F₁(x，y，z)＝0和F₂(x，y，z)＝0，(x₁，y₁，z₁)和(x₂，y₂，z₂)代表初始點(x，y，z)沿兩側偏移之后對應的點的坐標；

法向量方程為：

其中，是點(x，y，z)的法向量與z軸的夾角，θ是點(x，y，z)的法向量沿z向的投影與x軸的夾角；

兩個加厚對應點集關系式為：

加厚曲面的方程為：

步驟二，利用步驟一得到的點集，重構相應的極小曲面模型；然后將兩個加厚的曲面封閉成一個整體模型；

步驟三，利用3D打印技術將步驟二得到的整體模型進行加工成型。

較佳的，在步驟二中，利用步驟一得到的點集重構相應的極小曲面模型時采用點云重建曲面方法，在計算機輔助制造軟件上進行曲面的繪制。