[發(fā)明專利]一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011154302.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112182911B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 王碩;王玉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，包括下步驟：

1)獲取零件的主受力方向并且按照直角坐標系方向構建零件的三維模型，并劃定零件裝夾區(qū)域A和載荷施加區(qū)域B，確定約束邊界Lb以及載荷邊界或載荷點Lf；

2)通過有限元分析獲取各節(jié)點的力流場方向并繪制力流場可視化圖形；

3)設定填充質量密度以及擠出頭口徑d，并根據載荷的類型確定載荷施加分配方式，形成力流線的端點，若施加的載荷類型為邊界均布載荷fa，則在載荷邊界Lf上均勻分布個起始點K；若施加的載荷類型為點載荷fp，則在受力點周圍劃定半徑為r的圓作為均布載荷邊界，并按均布載荷處理；

4)分別繪制主區(qū)域的力流線S_m和非主區(qū)域的力流線S_r，繪制主區(qū)域的力流線S_m具體為：

設定步長精度Ls，從每個起始點K開始，按照力流場在該點處的矢量方向通過步進迭代畫出力流線S_m，該力流線S_m所填充區(qū)域即為主區(qū)域F_m；

繪制非主區(qū)域的力流線S_r具體為：

在非主區(qū)域F_r內隨機撒點，依據力流場畫出力流線S_r，按照該區(qū)域受力強度設定線間隔對力流線進行篩選；

5)按照繪制的力流線進行3D打印，具體包括以下步驟：

51)獲取模型邊界及所有填充線的分段長度Li，并計算打印總體積Va，并根據打印總體積Va與模型總體積的比值Va/V反饋調節(jié)S_m和S_r的數量直至

52)根據打印擠出寬度將外輪廓向內偏置，對主區(qū)域力流線進行修剪并連接臨近端點以合并曲線；

53)規(guī)劃打印區(qū)域順序，按照從右到左依次打印，形成當前層最終的力流層Flayer，并輸出單層打印路徑；

54)將不同主載荷方向的力流層Flayer進行層間排列，或者混合其他填充線型層，按層疊順序逐一輸出打印路徑。

2.根據權利要求1所述的一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，所述的步驟2)具體為：

設定試驗參數并進行有限元分析，得到所有有限元分析節(jié)點的坐標以及各節(jié)點對應的正應力σ_x和切應力τ_xy，并根據公式tanθ＝τ_xy/σ_x計算各節(jié)點的力流場方向

3.根據權利要求1所述的一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，所述的步驟4)中，在力流線密集處，通過設定擠出因子δ控制擠出倍率，實現(xiàn)變擠出打印，以防止絲材疊加。

4.根據權利要求1所述的一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，所述的步驟51)中，打印總體積Va的計算式為：

Va＝(πd²∑δ_iLi)/4，

其中，δ_i為填充線第i分段的擠出因子。

5.根據權利要求1所述的一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，所述的步驟5)中，對零件裝夾區(qū)域A和載荷施加區(qū)域B采用傳統(tǒng)網格填充方式。

6.根據權利要求1所述的一種基于力流管載荷路徑的3D打印填充設計方法，其特征在于，所述的步驟54)中，其他填充線型層包括不同主載荷方向的力流層、線性網格層、蜂窩網格層和主應力線網格層。