[发明专利]一种用于3D打印技术的壳模型构造方法

权利要求书

1.一种用于3D打印技术的壳模型构造方法，包括：

S1，获取待打印模型及其外表面参数R；

S2，按照预设厚度获取所述待打印模型的内表面参数S_i，根据所述内表面参数、外表面参数R以及预设厚度获得所述待打印模型的壳模型i；

S3，若所述壳模型i的最大应力大于打印材料的屈服强度约束，则增加所述预设厚度的厚度，并执行步骤S2；若所述壳模型i的最大应力小于或等于打印材料的屈服强度约束，则执行步骤S4；

S4，计算所述壳模型i的内表面S_i上所有顶点的外扩距离，得到壳模型i+1，并判断所述外扩距离是否为0；若所述壳模型i的内表面S_i上所有顶点的外扩距离均为0，则所述壳模型i即为最终结果壳模型；否则，计算壳模型i+1的应力分布，并执行步骤S5；

S5，若壳模型i+1的最大应力大于打印材料的屈服强度约束，则壳模型i即为结果壳模型；否则，以壳模型i+1的内表面为起点对壳模型i+1的顶点进行外扩，将i置为i+1，并执行步骤S4。

2.根据权利要求1所述的壳模型构造方法，所述步骤S4中所述计算所述壳模型i的内表面S_i上所有顶点的外扩距离具体为：

根据所述壳模型i的应力分布信息计算所述壳模型i的内表面S_i上所有顶点的外扩距离。

3.根据权利要求2所述的壳模型构造方法，所述外扩距离d_v的计算公式为：

其中，d_o为顶点v到壳模型外表面的距离，σ_v为顶点v处的应力值，σ_y为打印材料的屈服强度，t_min为打印机的最小打印厚度，s₁为屈服强度的安全系数，s₂为最小打印厚度的安全系数。

4.根据权利要求1所述的壳模型构造方法，步骤S2中所述按照预设厚度获取所述待打印模型的内表面参数S_i具体为：

采用基于模型体素化表示的等值面提取算法获取所述待打印模型的内表面参数S_i。

5.根据权利要求4所述的壳模型构造方法，所述步骤S2具体包括：

S21，以预设长度为边长，将所述待打印模型外表面所在的轴对齐包围盒体素化，得到一体素组；

S22，判断所述体素组中每一体素相对于所述待打印模型外表面的位置；

S23，以所述待打印模型的外表面为边界，构建所述体素组中每一体素的第一有向距离场，其中，在所述待打印模型外表面外部的距离值为负，在所述待打印模型外表面内部的距离值为正；

S24，以预设长度的A倍为边长，重复执行步骤S21～S23，以构造第二有向距离场，其中，0A1；

S25，获取所述第一有向距离场中距离值为预设厚度/预设长度的一层体素；

S26，获取所述步骤S25中得到的一层体素中的每一体素的八个顶点在所述第二有向距离场中的距离值；

S27，提取步骤S26中的距离值的等值面。

6.根据权利要求5所述的壳模型构造方法，步骤S27具体为：

根据Marching Cubes算法提取步骤S26中的距离值的等值面。

7.根据权利要求5所述的壳模型构造方法，所述A为0.25。

8.根据权利要求5所述的壳模型构造方法，所述步骤S21具体还包括：

S211，以预设长度的B倍为边长，将所述待打印模型外表面所在的轴对齐包围盒体素化，得到一大体素组，B为大于1的整数；

S212，将所述大体素组中与所述待打印模型外表面相交的体素，以预设长度为边长，将所述大体素组中与所述待打印模型外表面相交的体素进一步体素化，得到一体素组。

9.根据权利要求1所述的壳模型构造方法，采用von Mises等效应力计算所述壳模型i或壳模型i+1的应力分布。

10.根据权利要求1所述的壳模型构造方法，采用如下步骤获取所述壳模型i或壳模型i+1的应力分布：

将所述壳模型i或壳模型i+1网格化得到对应的网格模型参数；

将所述网格模型参数导入静力分析软件中；

设置相应的边界条件，所述边界条件至少包括所受外力、材料属性、固定位置；

对所述网格模型参数进行基于有限元的静力分析，获取应力分布。