一种鸟类栖息架3D打印的设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种鸟类栖息架3D打印的设计方法及系统，包括：步骤1)生成固定用基本部件；步骤2)输入漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；步骤3)根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印；步骤4)将基本部件安装于骨架分支上得到鸟类栖息架；步骤5)对鸟类栖息架进行受力分析，并调整。本发明专利技术可根据用户给出的漂浮底盘的直径和期望生成的形状，分析约束打印，不仅避免了需要大量人工处理及技术指导的缺陷，而且增强了鸟类栖息架的耐腐蚀性，延长了其使用时间。

【技术实现步骤摘要】
一种鸟类栖息架3D打印的设计方法及系统
本专利技术涉及一种鸟类栖息架3D打印的设计方法及系统。
技术介绍
野生鸟类是生态系统的重要成员，是环境状况灵敏的指示器，是生物多样性的重要组成部分，其种类、数量以及行为上的变化都可以作为评价生态环境好坏的依据。当前，沿海地区在近几十年的过度开发中，出现了生态退化、资源衰竭等问题，为了正确评估及修复岸滩生态环境，对野生鸟类种群的监测尤为重要，这有助于获得岸滩生态环境系统整体的运行状况，为岸滩生态环境的规划及改造提供依据。本系统主要面向岸滩设计，也可用于其它适合环境。岸滩是由河水、湖水或海水的侵蚀、堆积而成的，包括河岸滩、湖岸滩、海岸滩。为了吸引鸟类以便近距离观测与保护，可以在岸滩及其周围适当布置鸟类栖息架。鸟类栖息架，是一种给鸟类提供栖息场所的支架，包括撑杆、栖息盘、固定杆、食槽水槽等组件。传统的鸟类栖息架大多在此基础上，采用手工制作的方式，通过螺钉和固定套或通过焊接将组件连接起来。整个过程比较复杂，费时费力且有时需要经验的指导。这种鸟类栖息架的制作方法不适合规模生产，工作量和时间成本较大。3D打印，又称增材制造，是一种快速成型技术，它是一种以三维数字模型文件为基础，将模型切分成若干层切片，通过3D打印机将粉末状、液状或丝状塑料或金属等可粘合材料，按切片图形逐层打印，最终堆积成完整物体的技术。3D打印技术可以节省材料，自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，并且它能打印出组装好的产品，降低组装成本。此外，考虑到鸟类栖息架将设置于湿地，环境潮湿、风吹日晒，采用3D打印得到的鸟类栖息架相对于木质、铁质的更加耐腐蚀。但目前，针对鸟类栖息架还没有较好的可用于3D打印的方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种鸟类栖息架3D打印的设计方法及系统，该方法可根据用户给出的漂浮底盘的直径和期望生成的形状，分析约束打印，不仅避免了需要大量人工处理及技术指导的缺陷，而且增强了鸟类栖息架的耐腐蚀性，延长了其使用时间。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：作为本专利技术的第一方面，提供了：一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，包括：步骤1)生成固定用基本部件；步骤2)输入漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；步骤3)根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印；步骤4)将基本部件安装于骨架分支上得到鸟类栖息架；步骤5)对鸟类栖息架进行受力分析，并调整。进一步的，所述步骤1)中，固定用基本部件包括三角形板，所述三角形板的两斜边对称设有长方形板，所述长方形板的一端相连，所述长方形板的连接端固定设有鸟类栖息板。进一步的，所述步骤2)中，约束条件包括几何约束、3D打印支撑约束和3D打印材质约束。进一步的，所述几何约束包括：根据输入的漂浮底盘直径估算鸟类栖息架的尺寸范围；根据输入的期望形状得出鸟类栖息架的大致轮廓，若无期望形状，则默认为树形。进一步的，所述3D打印支撑约束具体包括：根据45度角规则对3D打印支撑约束进行分析，若打印的形状中有悬空的和/或倾角大于45度的部分，则在该处添加支撑来保证打印质量。进一步的，所述3D打印材质约束具体包括：基于湿地环境和吸引鸟类，所述3D打印材质选择仿生木质材料。进一步的，所述步骤3)具体包括：3-1)根据步骤2)约束条件分析所得轮廓建立模型，利用累加求和法计算模型重心位置，并使用开源计算几何库计算生成输入轮廓的直骨架，增加直骨架径向厚度从而得到承重骨架；3-2)在承重骨架上生成骨架分支，所述骨架分支根据重心位置进行设计；3-2)将模型输入3D打印机进行承重骨架及骨架分支打印。进一步的，所述步骤5)具体包括：5-1)计算整个鸟类栖息架重量，利用有限元分析法对整个鸟架进行受力分析，找到鸟架结构中较为脆弱的部分进行优化处理以增强其坚固性；5-2)分析鸟类体重对于鸟类栖息架受力的影响；5-3)根据分析结果，调整基本部件的摆放位置。作为本专利技术的第二方面，提供了：一种鸟类栖息架3D打印的系统，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成以下步骤：根据输入的漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印。进一步的，所述约束条件包括几何约束、3D打印支撑约束和3D打印材质约束；所述几何约束包括：根据输入的漂浮底盘直径估算鸟类栖息架的尺寸范围；根据输入的期望形状得出鸟类栖息架的大致轮廓，若无期望形状，则默认为树形；所述3D打印支撑约束具体包括：根据45度角规则对3D打印支撑约束进行分析，若打印的形状中有悬空的和/或倾角大于45度的部分，则在该处添加支撑来保证打印质量；所述3D打印材质约束具体包括：基于湿地环境和吸引鸟类，所述3D打印材质选择仿生木质材料。进一步的，所述3D打印具体包括：根据约束条件分析所得轮廓建立模型，利用累加求和法计算模型重心位置，并使用开源计算几何库计算生成输入轮廓的直骨架，增加直骨架径向厚度从而得到承重骨架；在承重骨架上生成骨架分支，所述骨架分支根据重心位置进行设计；将模型输入3D打印机进行承重骨架及骨架分支打印。作为本专利技术的第三方面，提供了：一种计算机可读存储介质，其上运行有计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成以下步骤：根据输入的漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印。进一步的，所述约束条件包括几何约束、3D打印支撑约束和3D打印材质约束；所述几何约束包括：根据输入的漂浮底盘直径估算鸟类栖息架的尺寸范围；根据输入的期望形状得出鸟类栖息架的大致轮廓，若无期望形状，则默认为树形；所述3D打印支撑约束具体包括：根据45度角规则对3D打印支撑约束进行分析，若打印的形状中有悬空的和/或倾角大于45度的部分，则在该处添加支撑来保证打印质量；所述3D打印材质约束具体包括：基于湿地环境和吸引鸟类，所述3D打印材质选择仿生木质材料。进一步的，所述3D打印具体包括：根据约束条件分析所得轮廓建立模型，利用累加求和法计算模型重心位置，并使用开源计算几何库计算生成输入轮廓的直骨架，增加直骨架径向厚度从而得到承重骨架；在承重骨架上生成骨架分支，所述骨架分支根据重心位置进行设计；将模型输入3D打印机进行承重骨架及骨架分支打印。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可根据用户给出的漂浮底盘的直径和期望生成的形状，分析约束打印，不仅避免了需要大量人工处理及技术指导的缺陷，而且增强了鸟类栖息架的耐腐蚀性，延长了其使用时间；本专利技术所生成的鸟类栖息架整体结构稳定，不易倾斜，能容纳更多的鸟类栖息。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术的鸟类栖息架的设计过程流程图；图2为鸟类栖息架生成过程流程图；图3为鸟类栖息架基本部件侧面结构示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，包括：步骤1)生成固定用基本部件；步骤2)输入漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；步骤3)根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印；步骤4)将基本部件安装于骨架分支上得到鸟类栖息架；步骤5)对鸟类栖息架进行受力分析，并调整。

【技术特征摘要】
1.一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，包括：步骤1)生成固定用基本部件；步骤2)输入漂浮底盘直径和期望形状，分析得到约束条件；步骤3)根据约束条件生成承重骨架以及骨架分支，并进行3D打印；步骤4)将基本部件安装于骨架分支上得到鸟类栖息架；步骤5)对鸟类栖息架进行受力分析，并调整。2.如权利要求1所述的一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，所述步骤1)中，固定用基本部件包括三角形板，所述三角形板的两斜边对称设有长方形板，所述长方形板的一端相连，所述长方形板的连接端固定设有鸟类栖息板。3.如权利要求1所述的一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，所述步骤2)中，约束条件包括几何约束、3D打印支撑约束和3D打印材质约束。4.如权利要求1所述的一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，所述几何约束包括：根据输入的漂浮底盘直径估算鸟类栖息架的尺寸范围；根据输入的期望形状得出鸟类栖息架的大致轮廓，若无期望形状，则默认为树形。5.如权利要求1所述的一种鸟类栖息架3D打印的设计方法，其特征是，所述3D打印支撑约束具体包括：根据45度角规则对3D打印支撑约束进行分析，若打印的形状中有悬空的和/或倾角大于45度的部分，则在该处添加支撑来保...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，赵文慧，徐凡，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37