一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，涉及一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，根据无支撑3D打印的条件和算法，对三维负泊松比结构特定设计；通过标准CAD软件建立符合要求的三维负泊松比结构模型，通过在打印软件中调控打印工艺，并且清除全部添加支撑材料的选项，再上传至3D打印机层层无支撑构建模型；本发明专利技术所述的无支撑3D打印技术在制造负泊松比材料时不需添加任何支撑材料，从而适用于各类打印材料制造，解除使用常规3D打印技术制造负泊松比材料时对打印原材料的苛刻要求。时对打印原材料的苛刻要求。时对打印原材料的苛刻要求。

【技术实现步骤摘要】
一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，涉及一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法。

技术介绍

[0002]相较于传统的正泊松比材料相比，负泊松比材料在抗剪切、抗断裂、能量吸收等许多性能上具有独特的优点。负泊松比材料的性能通常通过特殊的结构设计来获得，即由周期性排列的负泊松比单元组成，如手性结构、重入结构等。近年来，制造技术迅速发展，如3D打印技术，已经能够制造从微观到宏观的任意复杂结构，使得结构和功能一体化制造成为可能。3D打印是一种通过计算机辅助设计逐层预定义的可控结构来创建复杂三维对象的制造技术，克服了传统制造工艺无法利用三维空间中高度有序的结构来实现复杂设计的长期障碍。
[0003]但是，大部分三维负泊松比结构主要是基于凹多面体构建的，在通过常规3D打印技术制造时需要在向下的凹点部分添加额外的支撑材料来保证结构整体的成型。而通过不需要添加支撑的特定3D打印原理(如数字光处理打印技术)制造需要发展适配的材料。因此，在泊松比材料制造过程中极大地限制负泊松比材料应对不同应用场景的材料选择。
[0004]针对此问题，需要设计一种无支撑3D打印负泊松比结构的方法，稳定支持使用多类原材料进行无支撑3D打印，解除使用常规3D打印技术制造负泊松比材料时苛刻的原材料要求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术为了解决常规3D打印制造负泊松比材料存在极大的原材料选用限制，影响负泊松比材料应对不同应用场景的问题，提供一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，包括以下步骤：
[0007]A、使用标准CAD软件设计三维负泊松比结构模型，三维负泊松比结构整体是由具有厚度的重复十六面体单元构建而成，其中每个十六面体单元由六条表面折痕线和八条外边界线构成，每个十六面体单元平面参数为：A(0，a，
‑
b)；B(b，a，0)；C(b，0，
‑
b)；D(b，
‑
a，0)；E(0，
‑
a，
‑
b)；F(
‑
b，
‑
a，0)；G(
‑
b，0，
‑
b)；H(
‑
b，a，0)；O(0，0，0)；其中a值的取值范围为80～90，b值的取值范围为45～55；十六面体单元厚度定义在z轴方向，以各对应点的坐标增减20～60获得z坐标值以形成不同厚度的十六面体单元实体；构建好的十六面体单元实体于空间中分别以x，y方向排列形成带厚度的平面板结构，十六面体单元数量：x方向N
x
≥2，y方向N
y
≥1；相邻两块平面板结构以二面角θ组装以形成正四面体框架，30
°
＜θ＜40
°
，二面角θ定义为：
[0008][0009]B、选择不同3D打印原材料；
[0010]C、输入适合的文件格式导入打印软件，根据不同打印原料粘流特性设置打印工艺，打印过程不需要添加任何支撑材料；
[0011]D、对模型切片，形成打印路径，建立模型，将模型上传至3D打印机；
[0012]E、无支撑3D打印整体成型，得到负泊松比结构打印成品。
[0013]进一步，步骤A中三维负泊松比结构没有绝对悬垂特征以满足3D打印过程不添加任何支撑材料的条件。
[0014]进一步，步骤A中a值为86.603，b值为50。
[0015]进一步，步骤A中N
x
为7，N
y
为3，θ为35.264
°
。
[0016]进一步，步骤B中3D打印原材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(ABS)中的一种。
[0017]进一步，步骤C中三维负泊松比结构在3D打印技术制造时，清除所有支撑选项设置，在一层一层堆积的过程中保持良好的打印形态。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、本专利技术所公开的无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，根据无支撑3D打印的条件和算法，对三维负泊松比结构合理设计。通过标准CAD软件设计符合要求三维负泊松比结构，通过在打印软件中调控打印工艺，并且清除全部添加支撑材料的选项，再上传至3D打印机层层无支撑构建模型。本专利技术所述的无支撑3D打印技术在制造负泊松比材料时不需添加任何支撑材料，从而适用于各类打印材料制造，解除使用常规3D打印技术制造负泊松比材料时对打印原材料的苛刻要求。
[0020]2、本专利技术所公开的无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，明确无支撑3D打印的条件和算法，合理设计结构使得在每一层的堆积过程中需要伸出的部分形成比上一层更大的轮廓。以此为基础层层构建，实现整体负泊松比结构的无支撑3D打印。本专利技术的负泊松比结构整体由重复的四面体框架构建，单体是十六面体结构单元，为其配置不同的厚度参数。将具厚度特征的十六面体结构单元经过排列、组装和堆叠等过程构建稳定的三维负泊松比结构。无支撑3D打印制造的三维负泊松比结构同样呈现出良好的打印形态。
[0021]3、本专利技术所公开的无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，采用常规3D打印技术且使用不同原材料来制造三维负泊松比结构，打印过程皆稳定支持不添加任何额外的支撑材料，且打印成品形态良好，材料选择范围广，材料利用率提高。解除常规3D打印制造主要的基于凹多面体构建的负泊松比结构时苛刻的原材料要求。
[0022]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0024]图1为本专利技术无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法的工艺流程图；
[0025]图2为本专利技术无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法中三维负泊松比结构图；
[0026]图3为本专利技术无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法中三维负泊松比十六面体单元参数定义图；
[0027]图4为本专利技术无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法中正四面体框架图；
[0028]图5为本专利技术无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法中三维负泊松比结构构建的流程图；
[0029]图6为本专利技术实施例1中三维负泊松比结构无支撑3D打印TPU材料成品图；
[0030]图7为本专利技术实施例2中三维负泊松比结构无支撑3D打印ABS材料成品图。
具体实施方式
[0031]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无支撑3D打印三维负泊松比结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、使用标准CAD软件设计三维负泊松比结构模型，三维负泊松比结构整体是由具有厚度的重复十六面体单元构建而成，其中每个十六面体单元由六条表面折痕线和八条外边界线构成，每个十六面体单元平面参数为：A(0，a，
‑
b)；B(b，a，0)；C(b，0，
‑
b)；D(b，
‑
a，0)；E(0，
‑
a，
‑
b)；F(
‑
b，
‑
a，0)；G(
‑
b，0，
‑
b)；H(
‑
b，a，0)；O(0，0，0)；其中a值的取值范围为80～90，b值的取值范围为45～55；十六面体单元厚度定义在z轴方向，以各对应点的坐标增减20～60获得z坐标值以形成不同厚度的十六面体单元实体；构建好的十六面体单元实体于空间中分别以x，y方向排列形成带厚度的平面板结构，十六面体单元数量：x方向N
x
≥2，y方向N
y
≥1；相邻两块平面板结构以二面角θ组装以形成正四面体框架，30
°
＜θ＜40
°
，二...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，甘霖，夏涛，胡欢，黄奕，黄海涛，
申请(专利权)人：重庆纳研新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：