一种3D打印的多孔连通礁体生成方法及系统技术方案

本发明专利技术属于3D打印技术领域，提供了一种3D打印的多孔连通礁体生成方法及系统。其中，该方法包括基于预设礁体整体尺寸、最小孔径及最大孔径信息，计算得出曲面个数和各曲面尺寸，得到对应的单层双周期曲面函数中的参数，生成单层双周期曲面；基于单层双周期曲面生成多重双周期曲面，组合生成多孔连通的基本礁体模型，并保持曲面极值点相接，更新生成整体模型及打印路径；基于整体模型及打印路径生成礁体模型文件，以用于礁体的3D打印以及进一步的烧制成型。制成型。制成型。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的多孔连通礁体生成方法及系统


[0001]本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种3D打印的多孔连通礁体生成方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]人工鱼礁是利用鱼类等水产动物喜欢聚集于礁石和沉船等物体的习性，来增加渔获量的一种渔业设施。其中能够改善海洋的生态环境、养护增殖渔业资源的是增养殖型鱼礁和幼鱼保护礁。人工鱼礁生态养护和增殖效果的高低很大程度上取决于其所使用的材料的性质，现在所采用的人工鱼礁主要建礁材料主要有天然材料(木材、岩石)、建筑材料(混凝土、钢材)、废弃物材料(废汽车、船只、沉船、废旧轮胎等)。其中天然材料取材方便，对环境影响较小，但作为鱼礁稳定性差，耐久度底；混凝土等建筑材料具有较好的集鱼效果，但制作大型人工鱼礁需要大量模板，人力成本偏高；废弃物材料则往往需要进行复杂的无害化处理，否则会产生严重的生态问题。如何能够兼顾耐久性、环境相容性、生物亲和性、经济性等要素，成为人工鱼礁研究重点。
[0004]在建礁过程中，也难以对上述建礁材料和对应建礁方式进行多样性设计，单位体积可附着面积小，限制了礁体的可利用空间。同时，现阶段对礁体物理稳定性及集鱼效果方面的影响机理研究还相对落后，现有建礁材料和方式也难以满足展开相关研究对礁体多样性的需求。而近年来，3D打印技术发展迅猛，在海洋学中也有应用。因其高效率、高灵活性、建造绿色化，3D打印珊瑚礁已开始用于受损珊瑚的修复，人工鱼礁制作方面的3D打印技术应用亟待展开。
[0005]专利技术人发现，现有3D打印建模工具通用性强，但针对性弱，在礁体等具有特殊结构要求的模型建构中难以满足要求，无法构建适配型结构。并且陶瓷打印中受路径限制因素较大，现有建模工具也无法生成满足易于陶瓷打印路径需求的模型。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种3D打印的多孔连通礁体生成方法及系统，其采用3D打印技术对人工礁体进行制备，制成的礁体与海洋生物栖息的石底、珊瑚礁底或珊瑚砂底组成成分相同，环境相容性高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供一种3D打印的多孔连通礁体生成方法，其包括：
[0009]基于预设礁体整体尺寸、最小孔径及最大孔径信息，计算得出曲面个数和各曲面尺寸，得到对应的单层双周期曲面函数中的参数，生成单层双周期曲面；
[0010]基于单层双周期曲面生成多重双周期曲面，组合生成多孔连通的基本礁体模型，并保持曲面极值点相接，更新生成整体模型及打印路径；
[0011]基于整体模型及打印路径生成礁体模型文件，以用于礁体的3D打印以及进一步的烧制成型。
[0012]其中，最小孔径含义为满足海洋生物通过的礁体内部通道最小尺寸，最大孔径即孔隙最大尺寸。
[0013]作为一种实施方式，生成目标中的礁体长度和宽度由单层双周期曲面的长度和宽度对应得出，即单层双周期曲面的长度、宽度分别等于礁体长度、宽度。
[0014]作为一种实施方式，生成目标中的礁体最小孔径由高度方向产生，对应得出单层双周期曲面函数的振幅值，最小孔径r
min
的长度为振幅值A，再由礁体高度h及振幅A求得曲面个数n，数量关系为h＝4A(n
‑
1)。
[0015]作为一种实施方式，生成目标中的最大孔径r
max
由礁体长度方向产生，对应得出曲单层双周期曲面函数在曲面长度方向的周期，即最大孔径等于曲面函数在曲面长度方向的周期；单层双周期曲面函数在曲面宽度方向的周期介于最小孔径和最大孔径之间。
[0016]作为一种实施方式，由礁体长度和宽度得出曲面长度和宽度；最小孔径由高度方向产生，对应得出曲面函数的振幅值，由高度和振幅得到曲面个数；最大孔径由礁体长度方向产生，即曲面函数在礁体长度方向的周期；曲面函数在宽度方向的周期介于最小孔径和最大孔径之间，可根据需求来设定。
[0017]作为一种实施方式，单层双周期曲面函数中的参数包括两个垂直方向的振幅及周期。
[0018]作为一种实施方式，均质孔隙礁体，各曲面参数相同。
[0019]作为一种实施方式，对于多种孔径集成礁体，曲面振幅、周期沿孔径收缩方向按最小和最大孔径按比例减小，且各曲面按照其在模型总体中的位置具有相应倾角，并经计算转化加入各曲面的打印路径坐标点集。
[0020]作为一种实施方式，各曲面相对位置关系经计算从而更新得到组合的各曲面打印路径坐标点集。
[0021]作为一种实施方式，对于多种孔径集成的模型，控制内侧的相邻曲面极值点之间的距离小于打印线宽，保持内侧相邻曲面极值点打印后相接。
[0022]本专利技术的第二个方面提供一种3D打印的多孔连通礁体生成系统，其包括：
[0023]单层双周期曲面生成模块，其用于基于预设礁体整体尺寸、最小孔径和最大孔径信息，计算得出曲面个数和各曲面尺寸，得到对应的单层双周期曲面函数中的参数，生成单层双周期曲面；
[0024]整体模型及打印路径生成模块，其用于基于单层双周期曲面生成多重双周期曲面，组合生成多孔连通的基本礁体模型，并保持曲面极值点相接，更新生成整体模型及打印路径；
[0025]礁体模型文件生成模块，其用于基于整体模型及打印路径生成礁体模型文件，以用于礁体的3D打印以及进一步的烧制成型。
[0026]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法中的步骤。
[0027]本专利技术的第四个方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上
并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法中的步骤。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029](1)本专利技术采用陶瓷3D打印技术对人工礁体进行制备，制成的礁体与海洋生物栖息的石底、珊瑚礁底或珊瑚砂底组成成分相同，环境相容性高，生物亲和性强，不会产生任何生态问题。
[0030](2)本专利技术生成的多孔连通结构，孔隙率高，孔隙之间完全互相连通，同等体积下附着空间更大，增加了可附着的空间，有利于生物在附着基内的活动，方便摄食饵料，并且有利于内部水流流动。以海参培育实验为例，附着效率与简单结构礁体相比，多孔连通礁体附着效率显著高于简单结构礁体，成活率高达96.25％，明显高于简单结构礁体。
[0031](3)本专利技术生成的礁体耐久性好，预计可使用年限时间大于30年。多孔结构单元为壳体结构，整体稳定性好，抗压抗变形能力强，能够应对复杂的海洋环境。
[0032](4)本专利技术能够针对人工鱼礁的结构进行建模，生成的打印路径适合于复杂鱼礁结构的陶瓷打印，与陶泥的打印特性匹配，大大提高了制备的成品率。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的多孔连通礁体生成方法，其特征在于，包括：基于预设礁体整体尺寸、最小孔径及最大孔径信息，计算得出曲面个数和各曲面尺寸，得到对应的单层双周期曲面函数中的参数，生成单层双周期曲面；基于单层双周期曲面生成多重双周期曲面，组合生成多孔连通的基本礁体模型，并保持曲面极值点相接，更新生成整体模型及打印路径；基于整体模型及打印路径生成礁体模型文件，以用于礁体的3D打印以及进一步的烧制成型。2.如权利要求1所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法，其特征在于，生成目标中的礁体长度和宽度由单层双周期曲面的长度和宽度对应得出，即单层双周期曲面的长度、宽度分别等于礁体长度、宽度。3.如权利要求1所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法，其特征在于，生成目标中的礁体最小孔径由高度方向产生，对应得出单层双周期曲面函数的振幅值，最小孔径r
min
的长度为振幅值A，再由礁体高度h及振幅A求得曲面个数n，数量关系为h＝4A(n
‑
1)。4.如权利要求1所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法，其特征在于，生成目标中的最大孔径r
max
由礁体长度方向产生，对应得出曲单层双周期曲面函数在曲面长度方向的周期，即最大孔径等于曲面函数在曲面长度方向的周期；单层双周期曲面函数在曲面宽度方向的周期介于最小孔径和最大孔径之间。5.如权利要求1所述的3D打印的多孔连通礁体生成方法，其特征在于，对于多种孔径集成礁体，曲面振幅、周期沿孔径收缩方向按比例减...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，孙志强，许强，吴会才，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：