一种并行式多种材料的三维成形方法技术

本发明专利技术公布了一种并行式多材料的三维成形方法。本方法提出对模型的不同区域进行差异化的并行式的多种材料连续成型方法，本方法是基于模型结构的有限元分析而展开。本发明专利技术方法工艺过程包括：利用AutoCAD计算机辅助设计软件设计并构造模型的数字模型；模型进行有限元分析；模型数据转换成STL文件格式；确定模型的摆放方向和位置；模型支撑结构的生成；模型分层或模块划分处理；成形数据的调试；打印成型。本发明专利技术方法克服了现有模型的成形材料单一，成形效率低等一系列弊病；实现一机多材料，一机多种模型，连续一次性同时成形的设想，采用本发明专利技术方法有效地解决了模型多材料组合的问题。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术属于快速成形
，涉及到利用全面积打印喷头的一种并行式的多材料的三维成形方法。专利技术背景三维打印层叠快速成形技术的概念最早是由美国麻省理工学院(MIT)的scansE.M.和cimaM.J.等人于1992年提出的。三维层叠打印是一种基于液滴喷射成形的快速成形技术，单层打印成形类似于喷墨打印过程，即在数字信号的激励下，使打印头工作腔内的液态材料在瞬间形成液滴或者由射流形成液滴，以一定的频率和速度从喷嘴喷出，并喷射到指定位置，逐层堆积，形成三维实体模型。现有的三维成型技术为粉末粘结成形三维打印和直接成形三维打印两种为主。目前的三维成形方法对单体模型进行数字模型分层处理，形成平面模型的打印成型数据，并逐层打印积累，形成实际的物理模型。由于受到三维成方形法和成形设备的限制，存在成形材料品种单一，成形的制件模型强度低，打印速度慢，打印的时间过长等问题，模型有翘曲变形，层间剥离等一系列缺陷。
技术实现思路
针对目前现有三维成形方法中所制成的模型的构成材料单一,成形的模型强度低，成形时间过长等相关缺陷，本专利技术提出一种并行式多种材料的三维成形方法。这种方法通过对三维模型的有限元分析，明确模型的多材料组成。实现并行式的同步多种材料连续堆叠成形的制造方法。本专利技术提出一种并行式多材料的三维成型方法，这种方法首先根据模型功能要求进行几何结构的STL建模，再依据有限元分析结果进行成型材料的空间结构分配；包含STL模型和有限元分析结构空间性能的二重三维STL模型进行模块化划分，获得一系列的成型模块信息，包括STL模型、成型材料的构成、精度等成型工艺参数等；对三维成型模型进行结构和空间组成材料的一体化的对应绑定，即将模型的有限元分析后得到的云图上分布色彩信息，渲染到同一模型的STL模型的空间结构上，使STL模型成为带有空间色彩分布的二重三维STL模型，并定义为一种颜色对应一种性能不同的成型材料，实现模型功能要求进行模型的几何拓扑形状(单色STL面模型数据表示)和材料组成机构（彩色信息表示）的同步一体化设计，模型中包含多种颜色对应模型由多种材料构成。对二重STL模型进行切片分层或功能模块单元化分配，获得一些列彩色切片或彩色模块单元。利用全面积成形系统，依据逐层堆叠成形制造方式，制造出多材料组成的模型。利用本专利技术的并行式多材料的三维成型方法和空间结构一体化的设计思想，在二重三维模型成型过程中其模型中的任意一点可以表示为：，其中表示在z方向上的切片或模块序列矩阵、表示在某一个切片或模块的第i行第j列个像素点、M表示该点的材料分布矩阵、表示切片或模型的厚度、n表示该模型的总的切片或模块数量。在本专利技术中为了得到精确的切层图像，须将零件截面在Pro/ENGINEER或CAD等工程图模块下，按照1:1的比例显示并打印成图片格式文件，并对图像进行彩色赋值。切层图像处理过程包括图像的灰度化和二值化。灰度化是将通过Pro/ENGINEER或CAD得到的24位真彩色图像每个像素点的RGB值通过一系列计算后，使三者值相等。二值化是选取适当的阈值Tn与每一个像素点的灰度值进行比较，将所有大于或等于阈值的像素点的灰度值设置为255，所有小于阈值的像素点的灰度值设置为0，从而将整幅图像中每个像素点的灰度值设为0或255，使整副图像呈现出明显的黑白效果。在本专利技术采用的24位RGB表示（R为红色、G位绿色、B为蓝色）每个像素位置点的彩色信息，RGB各有256级亮度，用数字表示为从0、1、2...直到255，理论上计算2553得到16,582,375种色彩。根据一种色彩对应一种材料，所以三维成型模型的各切片或模块上的色彩种类与所需要材料要相一致，从1～16,582,375种成型材料，即本专利技术的全面积成型系统的材料数量为N种，N可为1～16,582,375种。并行式多材料三维成型方法的工艺过程如图1所示为：（1）构建三维CAD实体模型建模的过程，就是利用AutoCAD计算机辅助设计软件设计并制作完成所需模型的电子数据结构。并将形成三维的实体模型转换成STL格式文件，形成三维模型的数据，构造成所设计的CAD立体模型。（2）模型进行有限元分析将形成的三维立体模型作为有限元分析（ANSYS）的模型数据，通过限定有限元适应参数，对形成的三维模型进行实用性分析和计算，这些分析包括运动仿真、结构强度分析、疲劳分析等，生成显示不同区域物理状态的云图，通过这样ANSYS分析和计算的分布云图，明确模型的不同区域的受力强度、受热强度，以及运动状态中结构的塑性变化等特征性能。利用这种经过有限元分析的结果，来评估和确定模型受热、受力等物理状态的区域分布，进而为确定模型不同区域和位置的材料分布。将模型分析云图所具有16,582,375种颜色作为不同成型材料分配的依据，在有限元分析的云图中常规的颜色被默认为九种颜色，用RGB分别表示为{0,0,255本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并行式多材料的三维成形方法，其特征在于：利用AutoCAD计算机辅助设计软件设计并构造模型的数字模型；模型进行有限元分析；模型数据转换成STL文件格式；确定模型的摆放方向和位置；模型支撑结构的生成；模型分层或模块划分处理；成形数据的调试；打印成型。

【技术特征摘要】
1.一种并行式多材料的三维成形方法，其特征在于：利用AutoCAD计算机辅助设计软件设计并构造模型的数字模型；模型进行有限元分析；模型数据转换成STL文件格式；确定模型的摆放方向和位置；模型支撑结构的生成；模型分层或模块划分处理；成形数据的调试；打印成型。
2.根据权利要求1所述说的并行式多材料的三维成形方法，其特征在于这种并行式的多材料成形方法是建立在模型的有限元分析原理基础上的三维成形方法，根据有限元分析得到的彩色云图分布结果进行成形材料的空间结构分配设计。
3.根据权利要求2所叙述并行式多材料的三维成形方法，其特征在于将模型结构按照1:1的比例显示并转换成图片格式文件，并对模型进行三基色彩色赋值。
4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：张亮，高晓军，
类型：发明
国别省市：北京;11