[发明专利]一种两尺度周期性的晶格自适应填充和建模方法

说明书

本公开提供了一种两尺度周期性的晶格自适应填充和建模方法，将输入的3D模型分为一组六面体单元作为粗网格，将周期性结构填充到每个单元中，生成细尺度的微观结构；根据设定的指导场，控制六面体网格生成的密度和周期性结构单元的厚度，生成指导场对应物理性质的填充模型；本公开能够保证晶格和输入模型在边缘上完全一致，精确的根据用户设定的指导场生成相对应物理性质的填充模型。

技术领域

本公开属于3D打印建模技术领域，涉及一种两尺度周期性的晶格自适应填充和建模方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

增材制造,又称层积制造、3D打印，可指任何打印，可指任何打印三维物体的过程三维物体的过程。增材制造技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

近年来，由于材料和工艺技术进步的推动，增材制造得到了巨大的发展。尤其是随着可打印的弹性材料种类不断丰富，弹性材料和3D打印机的成本不断下降，柔性材料打印逐渐成为增材制造领域追逐的热点之一。相比于传统的刚性材料打印，柔性材料的柔性和韧性加上3D打印的优点可以极大的扩展增材制造的应用领域，更加广泛的满足用户的多样需求。以柔性材料为基材的3D打印技术，是3D打印个性化加工制造业中最令人兴奋的领域之一。

如何设计出一个科学、合理、经济的结构，实现材料利用的最大化，在组织工程以及计算机辅助设计中结构的合成和建模受到了广泛的关注。传统结构优化指在给定的材料和设计域等设计约束下，通过优化技术与方法，得到既能满足设计约束又能使结构的某方面性能目标达到最优的结构分布形式。

所谓晶格建模，就是通过设计晶格结构的单元来达到特定约束和优化目标的建模方法。近年来，由于材料和技术工艺进步的推动，3D打印技术的到了巨大的发展。与传统的减材制造相比，3D打印对制造的约束条件大大减少，使得制造者可以很容易的进行个性化的工艺品制造，也刺激了相关研究的发展。从经济性的角度来看，3D打印产品要尽可能地节省材料，缩短打印时间，但同时从结构优化角度，3D打印产品需要满足一定的力学性能，保证自身的结构强度，因此有大量的相关工作研究如何通过晶格建模的方法生成强度高且经济性好的3D打印模型。

与传统晶格建模相比，弹性材料的晶格建模所面临的问题既有共通点，又有所不同。柔性打印产品对结构强度的性能要求相对较低，弹性晶格建模面临的主要问题是如何设计出具有受控弹性行为的晶格来满足用户的特定需求，其中难点包括以下几点：一是如何把用户的特定需求转化为材料弹性行为表述；二是如何使用单一材料，建模出不同的晶格来对材料的弹性行为进行表达，并且评估其准确性；此外，还应考虑到3D打印产品对于边界连续，轻量化，免支撑等打印约束。

然而当前的晶格填充技术存在以下缺陷：

不能保证晶格和输入模型在边缘上完全一致，即不能保形。

填充技术是基于体素单元，不能精确的根据用户设定的指导场生成相对应物理性质的填充模型。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种两尺度周期性的晶格自适应填充和建模方法，本公开能够保证晶格和输入模型在边缘上完全一致，精确的根据用户设定的指导场生成相对应物理性质的填充模型。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种两尺度周期性的晶格自适应填充和建模方法，包括以下步骤：

将输入的3D模型分为一组六面体单元作为粗网格，将周期性结构填充到每个单元中，生成细尺度的微观结构；

根据设定的指导场，控制六面体网格生成的密度和周期性结构单元的厚度，生成指导场对应物理性质的填充模型。