一种基于网络化颗粒的3d打印过程的计算机仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法，网格化数据的读入和3D打印件起始的需要CAD文件数据一样,再本文的模拟中初始数据也是从CAD文件开始，本发明通过使用面向对象的方法将3D打印机打印过程中打印系统的各个要素对象化，以此实现全面虚拟打印，做好3个实现，即网格节点与节点序列对象及其代码实现、网格单元与单元集合对象及其代码实现、打印步长对象与打印行对象及其代码实现，构建打印轨迹的模型，设计横向来回扫描形式打印轨迹的算法生成打印轨迹，通过网格化数据的读入，打印体数据的组装，再现基于网格单元的堆积过程，创建打印体对象。
【专利说明】
一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法
技术领域
[0001]本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法。
【背景技术】
[0002]3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用，但是现有的3D打印技术受到以下因素的限制，1、打印材料的限制，目前3D打印材料包括粉末状的金属材料、陶瓷材料、颗粒型的塑料材料、甚至于生物材料;2、打印设备昂贵，普通个人购买一台3D打印设备，售价在5000至2000元人民币以内，可以实现最多3种颜色塑料的打印，打印材料只支持塑料类材料，而且其相对目前大多数的家庭而言，还太昂贵，对于需要打印金属、陶瓷等材料或者是对打印件较高刚度强度要求的结构件，对应的3D打印机都是工业化生产型的，其价格数十万至上百万；3、设计工具需进一步优化，3D打印要求开发和广泛运用计算机辅助设计(CAD)工具。对于功能部件制造，需要新的工具来优化形状和材料性能，以最大化地减少材料使用和重量。对于非专业人员，需要开发出易于操作的设计工具，来进行产品设计;4、生产过程需要加强工艺控制，为提高连贯性、重复性和统一性，需要建立装备认证标准，并对生产过程进行内部监控和闭环反馈，如通过传感器提供无损性评估与早期缺陷检测，通过流程控制减少设备故障。为更好了解、预测材料性能和零部件功能特性，需要建立预测性模型，使设计师、工程师和用户能够估计零部件的功能特性，并通过调整设计达到预期效果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法，本发明通过使用面向对象的方法将3D打印机打印过程中打印系统的各个要素对象化，以此实现全面虚拟打印，做好3个实现，即网格节点与节点序列对象及其代码实现、网格单元与单元集合对象及其代码实现、打印步长对象与打印行对象及其代码实现，构建打印轨迹的模型，设计横向来回扫描形式打印轨迹的算法生成打印轨迹，通过网格化数据的读入，打印体数据的组装，再现基于网格单元的堆积过程，创建打印体对象。
[0004]本发明解决的技术问题有以下几点:
1、建立打印轨迹的模型，扫描轨迹对象应该包含一系列的轨迹片段，这些轨迹片段按照时间顺序化了的。每个轨迹片段对象则是由带有时间性质的轨迹点对象构成，它还需要包含轨迹段编号、所接受的热输入信息。有两种方法可以被用来模型化打印头的扫描轨迹。一种方法是鉴于扫描只是在固定的水平面内进行，只需要获得一个X、Y坐标的时间序列，再将这些点与单元的节点进行比较，就可以确定轨迹点对应的被添加单元颗粒，最终实现从轨迹点序列到颗粒单元序列的转换。另外一种方法就是通过将单元几何中心位置进行在打印层内分行、分段后，再进行时间序列化，最终构件扫描轨迹对象模型。
[0005]2、横向来回扫描形式打印轨迹的算法与实现，基于选择性激光扫描的3D打印，所以首先实现了横向来回扫描。实现来回扫描就是将Ax宽度内的几何中心点按照y方向顺序排列即可。若是交叉打印，则在下一层进行Ay宽度内将中心点按X方向顺序排列。单元的几何中心是和单元一一对应的，可以通过単元集对象的相应方法获得对序列化的单元集对象。
[0006]3、打印体对象的创建，先读入网格化数据，再打印体数据的组装，再现基于网格单元的堆积过程，创建打印体对象。
[0007]打印体对象的创建:单纯的网格化的单元集对象还不能完全描述一个3D打印件模型的信息。而一个完整的3D打印件的颗粒态模型是可以完整包含其打印过程信息的。所以构建对3D打印过程的计算机仿真模型就是构建3D打印件的颗粒态描述模型。
[0008]本发明实现的步骤如下:
1、网格化数据的读入和3D打印件起始的需要CAD文件数据一样，再本文的模拟中初始数据也是从CAD文件开始，将其网格划分并获得网格划分数据，由于最后获得的网格数据一般规模较大，程序需要将其读入并转变为节点、节点集、单元、单元集对象，所以需要较高效的算法，以减少在数据读入上的耗时；
2、打印体数据的组装按照打印轨迹模型对象所指示的具有时间顺序的轨迹点序列，可以组装每一个打印层，再将打印层对象依照轴向生长方向，将各层组装起来，最终就形成了3D打印体对象；
3、基于网格单元的堆积过程的再现，在获了打印体对象以后，对打印过程的再现实质上就是按照颗粒的被添加时间使用ABAQUS的显示界面强制刷新指定结构的网格模型，这样在视觉上就达到了动画性的连续显示零部件的3D打印过程。
[0009]本发明的技术效果是:本发明通过使用面向对象的方法将3D打印机打印过程中打印系统的各个要素对象化，以此实现全面虚拟打印，做好3个实现，即网格节点与节点序列对象及其代码实现、网格单元与单元集合对象及其代码实现、打印步长对象与打印行对象及其代码实现，构建打印轨迹的模型，设计横向来回扫描形式打印轨迹的算法生成打印轨迹，通过网格化数据的读入，打印体数据的组装，再现基于网格单元的堆积过程，创建打印体对象。
【附图说明】
[0010]图1为网络颗粒堆积的主流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面将结合附图1和实施例详细说明本发明所具有的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质，但不能对本发明的实施和保护范围构成任何限定。
[0012]本发明的目的在于提供一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法，本发明通过使用面向对象的方法将3D打印机打印过程中打印系统的各个要素对象化，以此实现全面虚拟打印，做好3个实现，即网格节点与节点序列对象及其代码实现、网格单元与单元集合对象及其代码实现、打印步长对象与打印行对象及其代码实现，构建打印轨迹的模型，设计横向来回扫描形式打印轨迹的算法生成打印轨迹，通过网格化数据的读入，打印体数据的组装，再现基于网格单元的堆积过程，创建打印体对象。
[0013]本发明实现的步骤如下:
1、网格化数据的读入和3D打印件起始的需要CAD文件数据一样，再本文的模拟中初始数据也是从CAD文件开始，将其网格划分并获得网格划分数据，由于最后获得的网格数据一般规模较大，程序需要将其读入并转变为节点、节点集、单元、单元集对象，所以需要较高效的算法，以减少在数据读入上的耗时；
2、打印体数据的组装按照打印轨迹模型对象所指示的具有时间顺序的轨迹点序列，可以组装每一个打印层，再将打印层对象依照轴向生长方向，将各层组装起来，最终就形成了3D打印体对象；
3、基于网格单元的堆积过程的再现，在获了打印体对象以后，对打印过程的再现实质上就是按照颗粒的被添加时间使用ABAQUS的显示界面强制刷新指定结构的网格模型，这样在视觉上就达到了动画性的连续显示零部件的3D打印过程。
[0014]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于网络化颗粒的3D打印过程的计算机仿真方法，其特征在于，(I)网格化数据的读入和3D打印件起始的需要CAD文件数据一样，再本文的模拟中初始数据也是从CAD文件开始，将其网格划分并获得网格划分数据，由于最后获得的网格数据一般规模较大，程序需要将其读入并转变为节点、节点集、单元、单元集对象，所以需要较高效的算法，以减少在数据读入上的耗时； (2)打印体数据的组装按照打印轨迹模型对象所指示的具有时间顺序的轨迹点序列，可以组装每一个打印层，再将打印层对象依照轴向生长方向，将各层组装起来，最终就形成了 3D打印体对象； (3)基于网格单元的堆积过程的再现，在获了打印体对象以后，对打印过程的再现实质上就是按照颗粒的被添加时间使用ABAQUS的显示界面强制刷新指定结构的网格模型，这样在视觉上就达到了动画性的连续显示零部件的3D打印过程。
【文档编号】G06F17/50GK106096151SQ201610428982
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】江训艳, 吴磊
【申请人】新余学院