[發(fā)明專利]一種可定制軟硬度及形變方向的海綿結(jié)構(gòu)制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110475719.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113211797B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王冠云;陳宇;陶冶;潘德瀛;孫凌云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C64/393
• 分類號(hào): B29C64/393;B29C64/118;B33Y50/02;B33Y10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種可定制軟硬度及形變方向的海綿結(jié)構(gòu)制作方法，所述方法包括：以三周期極小曲面多孔結(jié)構(gòu)作為胞元，構(gòu)成多孔基礎(chǔ)模型，孔洞之間相互連通，向模型的孔洞內(nèi)部添加不同密度、直徑、角度的柱子以此改變海綿模型的軟硬度及形變方向；根據(jù)需求確定柱子的添加方案得到目標(biāo)模型，使用3D打印技術(shù)根據(jù)目標(biāo)模型進(jìn)行打印，得到硬度及形變方向定制化的海綿結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法可以直接使用熔融沉積成型式打印機(jī)進(jìn)行打印，打印過(guò)程中極小曲面多孔實(shí)體無(wú)需支撐，也無(wú)需后續(xù)的加工步驟，使得制備流程短且成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可定制軟硬度及形變方向的海綿結(jié)構(gòu)制作方法。

背景技術(shù)

利用3D打印技術(shù)來(lái)制備海綿結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)，而現(xiàn)有的利用3D打印技術(shù)制備海綿結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的方法仍然存在以下不足：

1)需要依靠支撐結(jié)構(gòu)來(lái)打印海綿結(jié)構(gòu)，而支撐結(jié)構(gòu)會(huì)增多打印瑕疵并增加打印材料和時(shí)間成本；

2)需要后端模壓成型和水蒸氣成型工藝等額外加工工藝；

3)依靠特制的材料和定制的打印裝置；

4)無(wú)法改變海綿結(jié)構(gòu)單個(gè)方向上的硬度和形變方向；

為此，本發(fā)明提供一種新的海綿結(jié)構(gòu)制作方法，可以有效克服上述缺陷，尤其是可以按照需要對(duì)海綿結(jié)構(gòu)的軟硬度和形變方向進(jìn)行定制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可定制軟硬度及形變方向的海綿結(jié)構(gòu)制作方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種可定制軟硬度及形變方向的海綿結(jié)構(gòu)制作方法，包括：以三周期極小曲面多孔結(jié)構(gòu)作為胞元，構(gòu)成多孔海綿模型，孔洞之間相互連通，向模型的孔洞內(nèi)部添加不同密度、直徑、角度的柱子以此改變海綿模型的軟硬度及形變方向；根據(jù)需求確定柱子的添加方案得到目標(biāo)模型，使用3D打印技術(shù)根據(jù)目標(biāo)模型進(jìn)行打印，得到硬度及形變方向定制化的海綿結(jié)構(gòu)。

上述方案中，所述的三周期極小曲面多孔結(jié)構(gòu)胞元曲面為TubularG曲面，其函數(shù)表達(dá)式為：

其中，X＝2πx，Y＝2πy，Z＝2πz，x，y，z為各曲面點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述的方法可以采用自動(dòng)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，所述自動(dòng)化設(shè)計(jì)的方法包括構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，利用所述軟件進(jìn)行如下：

1)用戶導(dǎo)入自定義模型；

2)在建模空間內(nèi)設(shè)置模型的目標(biāo)位置、角度和大小；

3)自動(dòng)網(wǎng)格化上一步驟中的模型，并在模型內(nèi)部轉(zhuǎn)換為極小曲面多孔實(shí)體，形成基礎(chǔ)模型；

4)用戶輸入目標(biāo)模型需要的形變方向和區(qū)域的密度；

5)軟件通過(guò)以上指令自動(dòng)在基礎(chǔ)模型上添加柱狀陣列結(jié)構(gòu)；

6)軟件通過(guò)內(nèi)置的仿真模擬功能提供一維受力情況下的變形效果的預(yù)覽；

7)用戶滿意所述效果則導(dǎo)出模型并切片，用于后續(xù)3D打印；若不滿意則返回步驟4)。

進(jìn)一步的，所述的構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，具體如下：基于HumanUI工具構(gòu)建軟件界面，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互；使用Karamba3D作有限元分析，實(shí)現(xiàn)模型形變的模擬；使用三維建模軟件Rhinoceros進(jìn)行模型的展示。

進(jìn)一步的，3D打印時(shí)采用熱塑性聚氨酯材料打印目標(biāo)模型中的基礎(chǔ)模型部分，柱子部分采用滿足其所選條件(密度)的材料打印。

本發(fā)明的有益效果是：