[发明专利]一种可定制软硬度及形变方向的海绵结构制作方法

说明书

本发明公开了一种可定制软硬度及形变方向的海绵结构制作方法，所述方法包括：以三周期极小曲面多孔结构作为胞元，构成多孔基础模型，孔洞之间相互连通，向模型的孔洞内部添加不同密度、直径、角度的柱子以此改变海绵模型的软硬度及形变方向；根据需求确定柱子的添加方案得到目标模型，使用3D打印技术根据目标模型进行打印，得到硬度及形变方向定制化的海绵结构。本发明方法可以直接使用熔融沉积成型式打印机进行打印，打印过程中极小曲面多孔实体无需支撑，也无需后续的加工步骤，使得制备流程短且成本低廉。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种可定制软硬度及形变方向的海绵结构制作方法。

背景技术

利用3D打印技术来制备海绵结构及产品一直是一个研究热点，而现有的利用3D打印技术制备海绵结构及产品的方法仍然存在以下不足：

1)需要依靠支撑结构来打印海绵结构，而支撑结构会增多打印瑕疵并增加打印材料和时间成本；

2)需要后端模压成型和水蒸气成型工艺等额外加工工艺；

3)依靠特制的材料和定制的打印装置；

4)无法改变海绵结构单个方向上的硬度和形变方向；

为此，本发明提供一种新的海绵结构制作方法，可以有效克服上述缺陷，尤其是可以按照需要对海绵结构的软硬度和形变方向进行定制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种可定制软硬度及形变方向的海绵结构制作方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种可定制软硬度及形变方向的海绵结构制作方法，包括：以三周期极小曲面多孔结构作为胞元，构成多孔海绵模型，孔洞之间相互连通，向模型的孔洞内部添加不同密度、直径、角度的柱子以此改变海绵模型的软硬度及形变方向；根据需求确定柱子的添加方案得到目标模型，使用3D打印技术根据目标模型进行打印，得到硬度及形变方向定制化的海绵结构。

上述方案中，所述的三周期极小曲面多孔结构胞元曲面为TubularG曲面，其函数表达式为：

其中，X＝2πx，Y＝2πy，Z＝2πz，x，y，z为各曲面点的空间坐标。

进一步的，所述的方法可以采用自动化设计实现，所述自动化设计的方法包括构建自动化设计软件，利用所述软件进行如下：

1)用户导入自定义模型；

2)在建模空间内设置模型的目标位置、角度和大小；

3)自动网格化上一步骤中的模型，并在模型内部转换为极小曲面多孔实体，形成基础模型；

4)用户输入目标模型需要的形变方向和区域的密度；

5)软件通过以上指令自动在基础模型上添加柱状阵列结构；

6)软件通过内置的仿真模拟功能提供一维受力情况下的变形效果的预览；

7)用户满意所述效果则导出模型并切片，用于后续3D打印；若不满意则返回步骤4)。

进一步的，所述的构建自动化设计软件，具体如下：基于HumanUI工具构建软件界面，实现与用户的交互；使用Karamba3D作有限元分析，实现模型形变的模拟；使用三维建模软件Rhinoceros进行模型的展示。

进一步的，3D打印时采用热塑性聚氨酯材料打印目标模型中的基础模型部分，柱子部分采用满足其所选条件(密度)的材料打印。

本发明的有益效果是：