一种纤维增强材料的制造技术

为了克服现有技术存在的问题，本发明专利技术提供了一种纤维增强材料的

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强材料的3D打印数字模型构建方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法
。

技术介绍

[0002]增材制造技术是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料通过逐层叠加的方式来构造物体的制造技术，现在最常见的增材制造技术是
3D
打印技术
。
设计
3D
打印构件时，往往需要先通过设计构件模型，并分析需要的材料所能得到的性能参数，以确定
3D
打印构件满足设计要求，并形成对应的数字模型文件
。
[0003]现有的
3D
打印技术中通常以粉末材料为原料进行
3D
打印，打印产品性能，尤其是力学性能，主要受粉末材料和粘合剂影响
。
采用纤维增强技术可以增强
3D
打印构件的强度，提高力学性能，但是由于增强纤维的加入，
3D
打印数字模型的材料结构复杂程度较高
。
现有技术一般采用理想的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 获取待打印材料中颗粒材料的粒径范围
、
纤维粉末材料的长径比范围
、
纤维粉末材料的纤维平均直径
、
目标打印模型
、
纤维粉末的最低体积百分数
、
颗粒的最低体积百分数；
S2. 在数字模型空间内随机放置创建一个纤维外接圆球；
S3. 对纤维外接圆球进行外接圆球重叠判断，并对重叠的纤维外接圆球进行外接圆球反重叠处理；
S4. 判断是否存在超出边界的纤维外接圆球，如存在，则进行纤维外接圆球回界处理；
S5. 保存步骤
S3
和步骤
S4
处理完毕的纤维外接圆球位置，并在纤维外接圆球中创建纤维模型；创建的纤维模型长度不超过纤维外接圆球的直径，纤维模型中点与球心点重合；
S6. 在纤维外接圆球范围内，随机转动纤维模型；
S7. 重复步骤
S2
至
S6
，待已创建纤维模型的体积
T
s
占目标打印模型体积
T0的比值超过纤维粉末的最低体积百分数，进行步骤
S8
；
S8. 在数字模型空间内扣除全部已创建纤维，得到粉末生成空间；
S9. 在颗粒材料的粒径范围随机生成颗粒，并将随机生成的颗粒随机放置在粉末生成空间中；
S10. 对颗粒进行颗粒重叠判断，并对重叠的颗粒进行颗粒反重叠处理；
S11. 判断是否存在超出粉末生成空间边界的颗粒，如存在，则进行颗粒回界处理；
S12. 保存步骤
S9
至
S11
处理完毕的颗粒位置和体积数据；
S13. 重复步骤
S9
至
S12
，至颗粒的总体积分数
T
k
占目标打印模型体积
T0的比值超过颗粒的最低体积百分数
。2.
根据权利要求1所述纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，步骤
S2
中所述数字模型空间的创建方法包为：在三维坐标系中以
Z=0
处的
X
‑
Y
平面为坐标系底面，将目标打印模型的模型底面等比例放置于坐标系底面上；以目标打印模型的边界为虚拟空间面，构建得到中空的数字模型空间
。3.
根据权利要求2所述纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，步骤
S3
所述外接圆球重叠判断的方法包括：（1）获取数字模型空间内的新放置纤维外接圆球的圆心位置为（
x0,y0,z0）
,
半径为
R0；（2）以（
x0,y0,z0）为圆心构建
R1=R0*K
的判断圆球，所述
K
为2‑4之间的随机数；（3）判断是否存在与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球，如存在进行步骤（4），如不存在则判断为没有重叠的纤维外接圆球；（4）获取与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球的圆心坐标（
x1,y1,z1）
、
（
x2,y2,z2）
、...、
（
x
n
,y
n
,z
n
），以及与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球的半径
R1、R2、...、R
n
，编号
n
为与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球的自然数顺序编号；（5）计算新放置纤维外接圆球和与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球的圆心距以及新放置纤维外接圆球和与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球的半径和
L
n
=R0+R
n
；
（6）当存在＜
L
n
时，判断编号
n
对应的与判断圆球交叉的其他纤维外接圆球为与新放置纤维外接圆球有交叉的交叉外接圆球
。4.
根据权利要求3所述纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，步骤
S3
所述外接圆球反重叠处理的方法包括：首先，形成新放置纤维外接圆球圆心指向交叉外接圆球圆心的向量组
E
；之后，计算向量组
E
的和向量
F0，并计算得到和向量
F0的反向量
F1；最后，将新放置纤维外接圆球圆心按照反向量
F1进行位移，完成所述反重叠处理
。5.
根据权利要求2所述纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，步骤
S4
所述外接圆球回界处理的方法包括：首先，做新放置纤维外接圆球圆心指向边界面的垂直向量
A0，并计算垂直向量
A0的反向量
A1；之后，新放置纤维外接圆球圆心按照反向量
A1位移；最后，重复进行步骤
S3
和步骤
S4
至新放置纤维外接圆球未超出边界且不与其他纤维外接圆球重叠
。6.
根据权利要求5所述纤维增强材料的
3D
打印数字模型构建方法，其特征在于，当重复进行步骤
S3
和步骤
S4
的次数达到预设值后，仍然存在新放置纤维外接圆球超出边界或与其他纤维外接圆球重叠，则删除该新放置纤维外接圆球，重新进入步骤
S2。7.
根据权利要求2所述纤维增强材料的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹辉，何宣余，王秋森，李军超，
申请(专利权)人：常州维仁数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：