一种适用于3D打印的减重用微结构元成型方法与流程

本发明涉及结构设计技术领域，具体涉及一种适用于3d打印的减重用微结构元成型方法。

背景技术：

在3d成型技术出现之前，常规结构减重的方法无非就是通过机械加工的手段将器件上对结构强度贡献不大的“赘肉”进行去除。而这种减重的方法受到工艺成型手段及硬件条件的限制，导致实际减重只能是粗放型的，不能做到精准减重。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种适用于3d打印的减重用微结构元成型方法，能够使结构件达到精准减重。

本发明采取的技术方案如下：

一种适用于3d打印的减重用微结构元成型方法，所述成型方法步骤如下：

步骤一、采用三维建模软件构建边长为l的正立方体线框，并将八个顶点体对角线相连；

步骤二、将正立方体上所有线段都布局为圆管，所述圆管以线框线段为中心线，圆管外径为d，圆管内径dn＝t×d，其中0≤t＜1，l为d的函数；

步骤三、将所有圆管进行布尔求和运算，得到异型立方体；

步骤四、以所述线框为边界对异型立方体外侧进行切除，得到正方体即微结构元。

进一步地，所述l与d为线性函数关系。

有益效果：

本发明基于3d打印的前提下，可以为常规机械成型手段下无法开展减重的结构进行精准有效的减重，采用全参数化构型方法，仅改变参数即可实现调整，简单易实现，效率高，而且可以在应力大的地方将微结构元立方体的体积密度调大(最大为实心立方体)，应力小的地方将微结构元立方体的体积密度调小，用以达到“好钢用在刀刃上”的目的，进而对结构件实现科学减重，可以根据构件的结构强度需要定制，将构件重量实现最小化；其次，微结构元大小可按需定制，微结构元最小尺度由3d打印设备的最小分辨率决定，理论上微结构元数量可无限扩展。

附图说明

图1为边长为l的立方体线框；

图2为以线框线段为中心线的圆管组成类立方体；

图3为切除线框外侧部分后剩下的立方体；

图4为微结构元立方体4×6×2阵列；

图5为内部空心的板材结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种适用于3d打印的减重用微结构元成型方法，设圆管外径d＝10mm，自定义系数t＝0.5，圆管内径dn＝t×d＝0.5×10＝5mm，微结构元边长l＝3×d＝30mm，成型方法如下：

步骤一，采用ug设计软件，构建边长为函数l＝30mm的线框立方体，如图1所示，并将八个顶点体对角线相连；

步骤二，在图1基础上将所有线段都布局为以线框线段为中心线，外径为函数d＝10mm，内径为函数dn＝5mm的圆管；

步骤三，将所有圆管进行布尔求和运算，得到异型立方体，即类立方体构件，如图2所示；

步骤四，以图1立方体六个面为边界面，将图2类立方体构件外围部分体切除，得到边长为函数l＝30mm的多处镂空微结构元，如图3所示。

以该微结构元为单位，将微结构元其中一个顶点设为起点，该顶点的三条边为x、y、z方向按照4×6×2进行体阵列，每个方向阵列的步长设为l，得到一致镂空的基材体，如图4所示。将基材体外侧用一定壁厚的材料进行包裹，将可成型为内部镂空的板材或其他型材，如图5所示。

根据型材所制作零部件的结构强度需求反向调整微结构元和由微结构元构成基材体的体积密度，应力大的地方微结构元或基材体的体积密度调大(最大为实心立方体)，应力小的地方微结构元或基材体的体积密度可以调小，通过分别调整d、t的值或者同时调整d、t的值使l值不变，改变微结构元或基材体的体积密度，进而对构件实现科学减重。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种适用于3D打印的减重用微结构元成型方法，采用三维建模软件构建边长为L的正立方体线框，并将八个顶点体对角线相连；然后将正立方体上所有线段都布局为圆管，所述圆管以线框线段为中心线，圆管外径为d，圆管内径dn＝t×d，其中0≤t＜1，L为d的函数；接着将所有圆管进行布尔求和运算，得到异型立方体；最后以所述线框为边界对异型立方体外侧进行切除，得到正方体即微结构元。本发明能够使结构件达到精准减重。

技术研发人员：黄伏军;吴刚;王君祺
受保护的技术使用者：北京灵动飞天动力科技有限公司
技术研发日：2019.03.06
技术公布日：2019.06.14