周期性结构、隔热结构和增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种周期性结构、隔热结构和增材制造方法，所述周期性结构为三周期极小曲面结构，所述周期性结构包括若干周期性排布的晶格单胞，所述晶格单胞具有多个沿不同方向设置的支撑杆，所述支撑杆呈锥体设置，所述周期性结构的至少一边界面为由若干所述锥体底面构成的点阵面，所述若干锥体底面均匀地分布在所述周期性结构的边界面上。本发明专利技术提供的周期性结构的至少一边界面为由若干锥体底面构成的点阵面，由此可以有效增大导热的均匀性，同时截面大小反复交替的结构也能够保证热量不易散出。此外，本发明专利技术还可以在受力表面获得更均匀的效果。均匀的效果。均匀的效果。

【技术实现步骤摘要】
周期性结构、隔热结构和增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种周期性结构、隔热结构和增材制造方法。

技术介绍

[0002]增材制造是现代先进制造领域的一个重要分支，是以丝状、粉末和液体为原材料，在计算机三维数据模型基础上，以高能束(激光、电弧或电子束等)为工具，在软件和数控系统的控制下，将材料融化并逐层堆积来制造高性能金属构件的制造技术。现有技术中的金属3D打印装置常用的技术按热源和材料区分，包括激光选区熔化技术(Selective LaserMelting，简称SLM)、电子束选区熔化技术(ElectronBeam Selective Melting，简称EBSM)、激光立体成型技术(Laser Solid Forming，简称LSF)、电子束熔丝沉积技术(Electron Beam Freeform Fabrication,简称EBFF)及电弧增材制造技术(Wire andArcAdditive Manufacturing，简称WAAM)。
[0003]一方面，为进一步提高零件设计的性能如轻量化、高强度等复合需求，另一方面，同时持续发挥新型增材料制造技术的优势，持续提高增材料加工效率，而3D打印全部实心的零件是一件效率极为低下的事情。因而，研究和探索小尺寸、微观尺寸(0.1mm
‑
10mm)的晶格材料和结构的设计成为各大研究机构和大学的新热点。
[0004]现有商业3D打印软件如Materialise公司Magics 21.0的3D打印软件所公布和提供的一些基于桁架支撑结构的周期性结构lattice，其特征表现为基于多边形结构的顶点和边线，生成单元结构模块，最终零件通过在三维空间重复生成周期性的单元结构模块，外部采用封闭式或开发式模型。如图1a至1d所示，其中图1a为5
×5×
5周期的基于正方体的周期性晶格结构；图1b为5
×5×
5周期的基于45度正方体的周期性结构；图1c为5
×5×
5周期的基于正十二面体的周期性晶格结构；图1d为5
×5×
5周期的基于正二十四面体的周期性晶格结构。
[0005]更先进的方法，如WO2019032449A1所公开的基于三周期极小曲面的晶格模型的生成方法，其中已对典型的周期性函数如Schoen Gyroid和Schwarz P和Schwarz D型隐函数加以说明和举例，其在同等材料及体密度的条件下，其结构体现了更优越的强度。
[0006]然而，传统的Schwarz D型和Schoen Gyroid三周期极小曲面在强度性能表现优越，但在边界面上表现并不均匀，如Schwarz D型在边界上体现为45度的等宽斜线，而Schoen Gyroid表现为Sin和Cos三角函数至轴线的积分。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种周期性结构、隔热结构和增材制造方法，可以解决现有的Schwarz D型和Schoen Gyroid三周期极小曲面在边界面上表现不均匀的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种周期性结构，所述周期性结构为三周期极小曲面结构，所述周期性结构包括若干周期性排布的晶格单胞，所述晶格单胞具有多个沿
不同方向设置的支撑杆，所述支撑杆呈锥体设置，所述周期性结构的至少一边界面为由若干所述锥体底面构成的点阵面，所述若干锥体底面均匀地分布在所述周期性结构的边界面上。
[0009]可选的，所述周期性结构的每一边界面均为由若干所述锥体底面构成的点阵面。
[0010]可选的，所述周期性结构满足如下三周期极小曲面方程：
[0011]sin(x)sin(y)sin(z)+cos(x)cos(y)cos(z)＝K；
[0012]其中，sin为三角正弦函数，cos为三角余弦函数，x、y、z为三维空间中某一点的三坐标值，K为常数项。
[0013]可选的，所述K的取值范围为[
‑
π/2，π/2]。
[0014]可选的，所述周期性结构的边界面包括由若干所述锥体的截面组成的线阵面，所述线阵面在所述周期性结构的边界上相对设置。
[0015]可选的，所述周期性结构满足如下方程：
[0016]cos(y)sin(x
‑
z)+sin(y)sin(x+z)＝K；
[0017]其中，sin为三角正弦函数，cos为三角余弦函数，x、y、z为三维空间中某一点的三坐标值，K为常数项。
[0018]可选的，所述K的取值范围为[
‑
π/2，π/2]。
[0019]可选的，所述周期性结构中的所述锥体包括顶端和底面，所述周期性结构中任意相邻的两个锥体均为顶端相对设置或底面相对设置。
[0020]本专利技术还提供一种隔热结构，所述隔热结构包括若干如上文所述的周期性结构，其中每相邻的两个底端相连的锥体形成一储热单元；每相邻的两个所述锥体的顶端连接处形成一隔热区。
[0021]本专利技术还提供一种增材制造方法，所述方法包括：
[0022]选择三周期极小曲面方程，并根据所述三周期极小曲面方程生成三周期极小曲面模型，所述三周期极小曲面模型包括若干上文所述的周期性结构；
[0023]生成待制造零件的实体模型；
[0024]根据所述三周期极小曲面模型和所述实体模型，生成实体晶格模型；以及
[0025]根据所述实体晶格模型，进行零件的增材制造。
[0026]可选的，所述根据所述三周期极小曲面方程生成三周期极小曲面模型的方法包括：
[0027]确定所述三周期极小曲面的方程参数；
[0028]根据所述方程参数并进行实体化，生成单周期晶格模型；以及
[0029]根据所述单周期晶格模型生成三周期极小曲面模型。
[0030]可选的，所述根据所述三周期极小曲面模型和所述实体模型，生成实体晶格模型的方法包括：
[0031]确定所述实体模型进入晶格结构的生成方式；以及
[0032]对所述三周期极小曲面模型和所述实体模型进行布尔运算并进行离散化处理以生成实体晶格模型。
[0033]可选的，在生成实体晶格模型后，所述方法还包括：
[0034]对所述实体晶格模型进行局部处理和/或添加细节。
[0035]可选的，所述根据所述实体晶格模型，进行零件的增材制造的方法包括：
[0036]对所述实体晶格模型进行切片处理，以获取切片数据；
[0037]确定增材制造的工艺参数；以及
[0038]根据所述切片数据和所述工艺参数，完成零件的增材制造。
[0039]与现有技术相比，本专利技术提供的周期性结构、隔热结构和增材制造方法具有以下优点：
[0040](1)由于本专利技术提供的周期性结构的至少一边界面为由若干锥体底面构成的点阵面，由此可以有效增大导热的均匀性，同时截面大小反复交替的结构也能够保证热量不易散出。此外，由于所述若干锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种周期性结构，其特征在于，所述周期性结构为三周期极小曲面结构，所述周期性结构包括若干周期性排布的晶格单胞，所述晶格单胞具有多个沿不同方向设置的支撑杆，所述支撑杆呈锥体设置，所述周期性结构的至少一边界面为由若干所述锥体底面构成的点阵面，所述若干锥体底面均匀地分布在所述周期性结构的边界面上。2.根据权利要求1所述的周期性结构，其特征在于，所述周期性结构的每一边界面均为由若干所述锥体底面构成的点阵面。3.根据权利要求1所述的周期性结构，其特征在于，所述周期性结构的边界面包括由若干所述锥体的截面组成的线阵面，所述线阵面在所述周期性结构的边界上相对设置。4.根据权利要求1所述的周期性结构，其特征在于，所述周期性结构中的所述锥体包括顶端和底面，所述周期性结构中任意相邻的两个锥体均为顶端相对设置或底面相对设置。5.根据权利要求2所述的周期性结构，其特征在于，所述周期性结构满足如下三周期极小曲面方程：sin(x)sin(y)sin(z)+cos(x)cos(y)cos(z)＝K；其中，sin为三角正弦函数，cos为三角余弦函数，x、y、z为三维空间中某一点的三坐标值，K为常数项。6.根据权利要求3所述的周期性结构，其特征在于，所述周期性结构满足如下方程：cos(y)sin(x
‑
z)+sin(y)sin(x+z)＝K；其中，sin为三角正弦函数，cos为三角余弦函数，x、y、z为三维空间中某一点的三坐标值，K为常数项。7.根据权利要求5或6所述的周期性结构，其特征在于，所述K的取值范围为[
‑
π/2，π/2]。8.一种隔热结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：