[发明专利]基于应力波的多孔结构件3D打印残余应力计算方法

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，提供了一种基于应力波的多孔结构件3D打印残余应力计算方法，包括如下步骤：S1：基于SLA‑3D打印残余应力SWB理论模型，建立多孔结构件SLA‑3D打印残余应力理论模型；S2：实验验证多孔结构件SLA‑3D打印残余应力理论模型的正确性；S3：将3D打印多孔结构件引起应力集中加入到多孔结构件SLA‑3D打印残余应力理论模型中获得残余应力。本发明创造性的提出将应力集中加入到多孔结构件SLA‑3D打印残余应力理论模型中计算多孔结构件SLA‑3D打印残余应力，实现了多孔结构件SLA‑3D打印残余应力精确的量化关系，从而实现残余应力量化，为多孔结构件的设计提供了理论基础。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体地，涉及一种基于应力波的多孔结构件3D打印残余应力计算方法。

背景技术

SLA(Stereo Li thography Apparatus)技术就是立体光刻技术，是机械、激光、光化学、软件、控制技术的结晶。基于光敏树脂受紫外光照射凝固的原理，计算机控制激光逐层扫描固化液态的光敏树脂，每一层固化的截面是由零件的三维CAD模型软件分层得到，直至最后得到光敏树脂实物原型。光固化成型技术使得3D打印技术精度高，打印后表面光滑，目前该技术最低材料层厚可以达到25微米。

多孔结构医用植入体能降低弹性模量，与人骨适配，且具有优良的力学性能和物理性能，在医学领域应用广泛。3D打印技术为多孔结构的制备提供了新的机遇。而收缩和应力波作用会使光固化成型技术(SLA)打印多孔结构件产生残余应力，引起严重的质量缺陷，包括裂纹、翘曲和变形等。

目前对多孔结构件SLA-3D打印的研究主要集中在成形方式、孔的结构设计、3D打印工艺参数、孔型、孔隙率等对力学性能的影响，以及多孔支架的生物相容性、活性等方面，但对多孔结构件SLA-3D打印残余应力产生机理的研究却很少，且仅局限于影响规律的研究，并没有形成精确的量化关系。

应力波主要应用在爆炸、地震等冲击较大的场合，虽然在激光冲击强化方面有相关研究，但应用激光应力波理论来研究SLA-3D打印技术，尤其应力波对3D打印残余应力的影响研究非常少见。专利文献CN102759504A公开了一种基于焊接微区性能测试的残余应力计算方法，包括以下步骤：对焊接微区进行微压剪测试来获得焊接微区载荷-位移曲线，建立微压剪试验过程的3D有限元模型，基于改进的Gurson模型进行有限元逆向反推方法获得焊接微区的真应力应变关系；进行焊接残余应力计算，在进行焊接温度场的计算时，不考虑焊接微区力学性能对温度场变化的影响；获得焊接温度场之后，在进行焊接应力场的计算过程中，将焊接微区的真应力-应变曲线作为焊件温度降低时的常温力学性能参数带入焊接计算模型，计算获得焊接残余应力，但焊接残余应力的产生机理不同与SLA-3D打印方式产生的残余应力，因此该计算方法不能应用于SLA-3D打印残余应力的计算。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于应力波的多孔结构件3D打印残余应力计算方法。

根据本发明提供的一种基于应力波的多孔结构件3D打印残余应力计算方法，包括如下步骤：

S1：基于SLA-3D打印残余应力SWB理论模型，建立多孔结构件SLA-3D打印残余应力理论模型；

S2：实验验证多孔结构件SLA-3D打印残余应力理论模型的正确性；

S3：将3D打印多孔结构件引起应力集中加入到多孔结构件SLA-3D打印残余应力理论模型中获得残余应力。

优选地，残余应力σ的计算公式如下：