一种三维打印孔隙优化及快速建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械设备技术领域，更具体而言，涉及一种三维打印孔隙优化及快速建模方法。
【背景技术】
[0002]三维打印是快速成型技术进一步发展的产物，三维打印技术如今已经进入了设计人员的办公室，甚至是普通的家庭。
[0003]三维打印的一大优势是可以打印复杂的结构，比如结构中的孔隙。目前由于建模工具的限制，三维打印结构通常都是没有孔隙或者采用均匀的空隙，就是说所有的孔隙大小一致。然而在医疗器械，人体内植物，塑料和金属加工，以及建材结构的实际应用中，通常需要非均匀的孔隙；非均匀的孔隙可以帮助使用更少的材料建造更坚固的三维打印结构。
[0004]可是，目前并没有一种有效的方法可以精确地指出在满足结构强度的情况下几何结构内部孔隙的大小的分布，并且快速地产生具有非均匀孔隙的几何模型。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一在于提供一种基于使用有限元拓扑优化的方式实现三维打印孔隙以及快速建模方法。
[0006]为解决【背景技术】中所存在的问题，本发明采取如下技术方案，它包括:
[0007]对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤；根据所述每个单元的灰度值确定对应的所述每个单元的孔隙率的步骤；根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定所述孔隙的形状和位置并生成孔隙的步骤。
[0008]进一步的，在所述对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤之前，还包括:
[0009]建立三维模型的步骤；将所述三维模型转换为所述有限元模型的步骤。
[0010]进一步的，在上述根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定所述孔隙的形状和位置并生成孔隙的步骤之后，还包括将生成孔隙的所述有限元模型输出的步骤。
[0011]本发明的有益效果在于，本发明提供了一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，利用该方法可以有效显示出三维模型结构中非均匀孔隙的大小及分布，并且在三维模型上快速地生成非均匀孔隙。
【附图说明】
[0012]图1所示为本发明实施例一种三维打印孔隙优化及快速建模方法的流程图。
[0013]具体的实施方式
[0014]下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0015]下面结合图1详细描述本发明的实施例，它包括:
[0016]步骤300:对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤；
[0017]步骤400:根据所述每个单元的灰度值确定对应的所述每个单元的孔隙率的步骤；
[0018]步骤500:根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定所述有限元模型上孔隙的位置并生成孔隙的步骤。
[0019]在所述步骤300中的所述灰度值也可以从CT成型影像得到，当要建立一个组织的模型，CT会扫描组织(骨头或者细胞)的密度，通常会和一个已知密度的标准一起扫描，灰度代表了和一只密度的密度比，表示为灰度值，完全黑的为1，白的为O ;在所述步骤500中，根据所述孔隙率，在利用有限元函数确定孔隙位置关键点的坐标，根据所述的坐标确定孔隙的形状和位置。
[0020]进一步的，在所述步骤300:对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤之前，还包括:
[0021]步骤100:建立三维模型的步骤；
[0022]步骤200:将所述三维模型转换为所述有限元模型的步骤。
[0023]进一步的，在所述步骤500:根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定所述有限元模型上孔隙的位置并生成孔隙的步骤之后，还包括步骤600:将生成孔隙的所述有限元模型输出的步骤。
[0024]本发明提供了一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，利用该方法可以有效的显示出三维模型结构中孔隙的大小及分布，并且在三维模型上快速地生成孔隙。
[0025]本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
【主权项】
1.一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，其特征在于，包括: 对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤； 根据所述每个单元的灰度值确定对应的所述每个单元的孔隙率的步骤； 根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定孔隙的形状和位置并生成孔隙的步骤。
2.如权利要求1所述的一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，其特征在于，在所述对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤之前，还包括: 建立三维模型的步骤； 将所述三维模型转换为所述有限元模型的步骤。
3.如权利要求1所述的一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，其特征在于，在上述根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定孔隙的形状和位置并生成孔隙的步骤之后，还包括将生成孔隙的所述有限元模型输出的步骤。
【专利摘要】本发明提供一种三维打印孔隙优化及快速建模方法，包括：对有限元模型进行结构拓扑优化并获得所述有限元模型的每个单元的灰度值的步骤；根据所述每个单元的灰度值确定对应的所述每个单元的孔隙率的步骤；根据所述每个单元的孔隙率及有限元形函数确定孔隙的形状和位置并生成孔隙的步骤。利用本发明可以优化三维结构强度，节省三维打印耗材，有效的显示出三维模型结构中孔隙的大小及分布，并且在三维模型上快速地生成孔隙。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104573218
【申请号】CN201510000391
【发明人】秦晓亮
【申请人】秦晓亮
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月4日