[发明专利]单胞结构、多胞结构、梯度板状晶格结构及构建方法

说明书

本申请属于增材制造技术领域，公开了一种单胞结构、多胞结构、梯度板状晶格结构及构建方法，单胞结构包括三个第一长方体板及六个第二长方体板，三个第一长方体板正交于O点，将立体空间分为八个区域，八个区域组成一个虚拟长方体；六个第二长方体板分别与虚拟长方体的六个对角面重合，并与三个第一长方体相交于O点。多胞结构由若干个不同密度的单胞结构沿三维空间内的左右、前后及上下三个方向中的任一方向按预定顺序组合装配而成；本申请的单胞结构、多胞结构、梯度板状晶格结构及构建方法，设计方法简单，可实现性强，相较于其他梯度点阵晶格结构在施加载荷时表现出均匀稳定的塑形变形，具有优异的能量吸收能力。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种单胞结构、多胞结构、梯度板状晶格结构及构建方法。

背景技术

近年来，随着航空航天以及汽车零部件等领域不断致力于向高性能、长寿命和低成本的方向发展，其关键零部件越来越多地采用整体结构设计，并趋向轻量化、复杂化和大型化。这一趋势极大地推动了增材制造技术的应用与发展。多孔晶格材料由于高度复杂的空间拓扑构型，难以采用传统制造方法一体化加工成型。增材制造逐层叠加的加工方式则能够突破传统制造方法的局限性，提高晶格材料内部结构设计的自由度，精确控制孔隙率和尺寸形状，从而更好地发挥晶格结构的优势。

目前,常见的晶格结构主要有基于杆件的体心立方（BCC）和面心立方（FCC）等点阵晶格结构,但是这些结构具有各向异性且稳定性较差，容易在连接处产生应力集中而过早失效，难以满足对高能量吸收能力的需求，严重影响其在工业界的发展和应用。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种单胞结构、多胞结构、梯度板状晶格结构及构建方法，设计方法简单，可实现性强，相较于其他梯度点阵晶格结构具有更高的强度和刚度，并且在施加载荷时表现出均匀稳定的塑形变形，具有优异的能量吸收能力。

第一方面，本申请提供一种单胞结构，包括三个第一长方体板及六个第二长方体板，三个所述第一长方体板正交于O点，将立体空间分为八个区域，八个所述区域组成一个虚拟长方体；六个所述第二长方体板分别与所述虚拟长方体的六个对角面重合，并与三个所述第一长方体板相交于所述O点。

本申请提供的单胞结构通过三个第一长方体板正交设置以及六个第二长方体板与虚拟长方体的六个对角面重合的设计，使得单胞结构在承受外力负荷时，第一长方体板及第二长方体板对单胞结构起到稳定和加固作用，提高了单胞结构的强度和刚度，从而提高了能量吸收能力。

进一步地，上述三个所述第一长方体板及六个所述第二长方体板相交形成多个三棱锥，每个所述三棱锥的至少一个三角形面设有通孔。

本申请通过开设通孔，将单胞结构的闭孔结构转为开孔结构，方便后续对单胞结构内部的粉末进行清理及排出。

进一步地，上述设有所述通孔的所述三角形面为不与竖直方向平行的三角形面。

本申请通过将通孔设置在非竖直的三角形面上，保证竖直三角形面的结构的稳定性，使得单胞结构在受力时，竖直方向上的三角形面均匀稳定受力，以承受更大的载荷。

第二方面，本申请提供一种多胞结构，由若干个不同密度的上述的单胞结构沿三维空间内的左右、前后及上下三个方向中的任一方向按预定顺序组合装配而成。

本申请通过不同密度的单胞结构组成多胞结构，使得多胞结构呈现出梯度，通过梯度在施加载荷时表现出均匀稳定的塑性变形，展现优异的能量吸收能力。

第三方面，本申请提供一种梯度板状晶格结构，由若干个上述的多胞结构沿三维空间内的左右、前后及上下三个方向中的另两个方向阵列而成。

本申请以多胞结构作为基本单元进行阵列，在多胞结构呈现梯度展现优异的能量吸收能力的情况下，使得梯度板状晶格结构的能量吸收能力进一步得到提升。