增材地制造最小表面结构的方法技术

描述了一种增材地制造三维物品的最小表面结构(63)的方法，该方法包括计算机(10)执行以下步骤：在计算机(10)中记录三维物品的包络；生成跨由包络包围的体的密度场，其中密度场的密度对应于在三维物品的相应位置处的至少一个物理参数的局部要求值；使用密度场生成体的自适应Voronoi分布；生成与自适应Voronoi分布相关联的第一骨架图；生成与第一骨架图相关联的第二骨架图；根据第一骨架图和第二骨架图生成数字最小表面模型(5)；其中方法还包括3D打印机(30)根据数字最小表面模型(5)增材地制造最小表面结构(63)。制造最小表面结构(63)。制造最小表面结构(63)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材地制造最小表面结构的方法


[0001]本专利技术涉及一种增材地制造三维物品的最小表面结构的方法以及通过所述方法增材地制造的最小表面结构。

技术介绍

[0002]增材制造是一种制造技术，其中由通常通过材料的逐层添加构建物品来根据数字三维模型制造物品。与传统的例如减材制造过程相比，增材制造过程提供了显著增加的设计自由度并允许生产高度复杂的形状和几何体。通过增材制造生产任何三维物品的前提是数字三维模型或计算机辅助设计文件，根据该数字三维模型或计算机辅助设计文件可以通过3D打印机来增材地制造物品。
[0003]当前的增材制造过程依赖于在管状支架上，或者在复杂情况下，在三重周期性最小表面(TPMS)填充结构上填充镂空物体的内部。在Alan H.Schoen的NASA技术报告NASA TN D
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5541中描述了使用一对周期性骨架图生成无自相交的三重周期性最小表面。由一对骨架图生成的无自相交的三重周期性最小表面将空间划分为两个不相交的迷宫区域。根据Schoen，三重周期性最小表面在概念上可以被描述为是通过同时膨胀骨架图周围的管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增材地制造三维物品(100、200)的最小表面结构(61、62、63)的方法，所述方法包括计算机(10)执行以下步骤：在计算机(10)中记录三维物品(100、200)的包络(11、12)；生成跨由包络(12)包围的体(121)的密度场(2)，其中密度场(2)中的密度对应于三维物品(100、200)的相应位置处的至少一个物理参数的局部要求值；使用密度场(2)生成体(121)的自适应Voronoi分布(VO)；生成与自适应Voronoi分布(VO)相关联的第一骨架图(A)；生成与第一骨架图(A)相关联的第二骨架图(B)；根据第一骨架图(A)和第二骨架图(B)生成数字最小表面模型(5)；其中，所述方法还包括3D打印机(30)根据数字最小表面模型(5)增材地制造最小表面结构(61、62、63)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成自适应Voronoi分布(VO)包括：生成与密度场(2)中的密度的分布对应的一组散点(21)；跨由包络(12)包围的体(121)随机分布散点(21)；使用随机分布的散点(21)作为Voronoi单元的生成点，生成自适应Voronoi分布(VO)的多个Voronoi单元。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用密度场(2)生成自适应Voronoi分布(VO)包括使用密度场(2)通过加权点刻来迭代地生成自适应Voronoi分布(VO)的多个Voronoi单元。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，迭代地生成所述多个Voronoi单元包括迭代以下步骤a)和b)直到所计算的质心(C)与步骤a)中的Voronoi单元的生成点相符：a)使用密度场(2)计算每个Voronoi单元的加权质心(C)并将Voronoi单元的生成点偏移到相应的质心(C)；b)使用偏移的生成点生成自适应Voronoi分布(VO)的新Voronoi单元，并用新Voronoi单元替换步骤a)中的Voronoi单元。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，迭代地生成所述多个Voronoi单元包括在权利要求4的步骤b)之后执行以下步骤：c)通过在相应的Voronoi单元上对密度场(2)进行积分，针对每个Voronoi单元计算单元权重；d)在计算机中记录第一权重阈值和第二权重阈值，其中第一权重阈值大于第二权重阈值；e)分割具有在第一权重阈值之上的单元权重的Voronoi单元，以及删除具有在第二权重阈值之下的单元权重的Voronoi单元。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对权利要求4的步骤a)
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b)的前10
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30％的迭代，优选地针对前20％的迭代，执行步骤c)
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e)。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，生成密度场(2)包括：将由包络(12)包围的体(121)划分为多个优选为四面体的体素(122)，以及针对每个体素(122)生成至少一个局部要求值。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，第一骨架图(A)由自适应
Voronoi分布(VO)的Voronoi单元的边缘形成。9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，第二骨架图(B)通过对自适应Voronoi分布(VO)的生成点的Delaunay四面体化而生成。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，从第一骨架图(A)和/或第二骨架图(B)的穿过三维物品的包络的片段中，位于由包络(12)包围的体(121)外的第一片段部分被移除并被替换为通过在第一骨架图和/或第二骨架图的穿过包络(12)的片段的位置处对位于体内并与第一片段部分邻接的第二片段部分关于包络(...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：斯碧瑞公共有限公司，
类型：发明
国别省市：