[發(fā)明專(zhuān)利]一種3D打印的多孔連通礁體生成方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210242011.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114589783B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂琳;孫志強(qiáng);許強(qiáng);吳會(huì)才
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B28B1/00
• 分類(lèi)號(hào): B28B1/00;B28B17/00;B33Y10/00;B33Y30/00
• 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: 張慶騫

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種3D打印的多孔連通礁體生成方法及系統(tǒng)。其中，該方法包括基于預(yù)設(shè)礁體整體尺寸、最小孔徑及最大孔徑信息，計(jì)算得出曲面?zhèn)€數(shù)和各曲面尺寸，得到對(duì)應(yīng)的單層雙周期曲面函數(shù)中的參數(shù)，生成單層雙周期曲面；基于單層雙周期曲面生成多重雙周期曲面，組合生成多孔連通的基本礁體模型，并保持曲面極值點(diǎn)相接，更新生成整體模型及打印路徑；基于整體模型及打印路徑生成礁體模型文件，以用于礁體的3D打印以及進(jìn)一步的燒制成型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印的多孔連通礁體生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

人工魚(yú)礁是利用魚(yú)類(lèi)等水產(chǎn)動(dòng)物喜歡聚集于礁石和沉船等物體的習(xí)性，來(lái)增加漁獲量的一種漁業(yè)設(shè)施。其中能夠改善海洋的生態(tài)環(huán)境、養(yǎng)護(hù)增殖漁業(yè)資源的是增養(yǎng)殖型魚(yú)礁和幼魚(yú)保護(hù)礁。人工魚(yú)礁生態(tài)養(yǎng)護(hù)和增殖效果的高低很大程度上取決于其所使用的材料的性質(zhì)，現(xiàn)在所采用的人工魚(yú)礁主要建礁材料主要有天然材料(木材、巖石)、建筑材料(混凝土、鋼材)、廢棄物材料(廢汽車(chē)、船只、沉船、廢舊輪胎等)。其中天然材料取材方便，對(duì)環(huán)境影響較小，但作為魚(yú)礁穩(wěn)定性差，耐久度底；混凝土等建筑材料具有較好的集魚(yú)效果，但制作大型人工魚(yú)礁需要大量模板，人力成本偏高；廢棄物材料則往往需要進(jìn)行復(fù)雜的無(wú)害化處理，否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題。如何能夠兼顧耐久性、環(huán)境相容性、生物親和性、經(jīng)濟(jì)性等要素，成為人工魚(yú)礁研究重點(diǎn)。

在建礁過(guò)程中，也難以對(duì)上述建礁材料和對(duì)應(yīng)建礁方式進(jìn)行多樣性設(shè)計(jì)，單位體積可附著面積小，限制了礁體的可利用空間。同時(shí)，現(xiàn)階段對(duì)礁體物理穩(wěn)定性及集魚(yú)效果方面的影響機(jī)理研究還相對(duì)落后，現(xiàn)有建礁材料和方式也難以滿足展開(kāi)相關(guān)研究對(duì)礁體多樣性的需求。而近年來(lái)，3D打印技術(shù)發(fā)展迅猛，在海洋學(xué)中也有應(yīng)用。因其高效率、高靈活性、建造綠色化，3D打印珊瑚礁已開(kāi)始用于受損珊瑚的修復(fù)，人工魚(yú)礁制作方面的3D打印技術(shù)應(yīng)用亟待展開(kāi)。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有3D打印建模工具通用性強(qiáng)，但針對(duì)性弱，在礁體等具有特殊結(jié)構(gòu)要求的模型建構(gòu)中難以滿足要求，無(wú)法構(gòu)建適配型結(jié)構(gòu)。并且陶瓷打印中受路徑限制因素較大，現(xiàn)有建模工具也無(wú)法生成滿足易于陶瓷打印路徑需求的模型。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種3D打印的多孔連通礁體生成方法及系統(tǒng)，其采用3D打印技術(shù)對(duì)人工礁體進(jìn)行制備，制成的礁體與海洋生物棲息的石底、珊瑚礁底或珊瑚砂底組成成分相同，環(huán)境相容性高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種3D打印的多孔連通礁體生成方法，其包括：

基于預(yù)設(shè)礁體整體尺寸、最小孔徑及最大孔徑信息，計(jì)算得出曲面?zhèn)€數(shù)和各曲面尺寸，得到對(duì)應(yīng)的單層雙周期曲面函數(shù)中的參數(shù)，生成單層雙周期曲面；

基于單層雙周期曲面生成多重雙周期曲面，組合生成多孔連通的基本礁體模型，并保持曲面極值點(diǎn)相接，更新生成整體模型及打印路徑；

基于整體模型及打印路徑生成礁體模型文件，以用于礁體的3D打印以及進(jìn)一步的燒制成型。

其中，最小孔徑含義為滿足海洋生物通過(guò)的礁體內(nèi)部通道最小尺寸，最大孔徑即孔隙最大尺寸。

作為一種實(shí)施方式，生成目標(biāo)中的礁體長(zhǎng)度和寬度由單層雙周期曲面的長(zhǎng)度和寬度對(duì)應(yīng)得出，即單層雙周期曲面的長(zhǎng)度、寬度分別等于礁體長(zhǎng)度、寬度。

作為一種實(shí)施方式，生成目標(biāo)中的礁體最小孔徑由高度方向產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)得出單層雙周期曲面函數(shù)的振幅值，最小孔徑r_min的長(zhǎng)度為振幅值A(chǔ)，再由礁體高度h及振幅A求得曲面?zhèn)€數(shù)n，數(shù)量關(guān)系為h＝4A(n-1)。