【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，具体涉及一种3d打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法。
技术介绍
1、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。
2、现有的3d打印技术中通常以粉末材料为原料进行3d打印，粉末中粗细颗粒的分布是影响构件性能的关键因素之一，而现有技术一般采用理想的粗细颗粒依次相互嵌套的方式构建3d打印模型。但是由于3d打印过程中粒子的流动受到打印温度、材料流动性、重力、打印环境因素等众多因素影响，打印时，打印件内的粒子分布目前是无法实现理论模型的粗细颗粒依次相互嵌套的分布方式的，因此所得打印构件的性能总于理论模型的理论性能存在不稳定的下浮差值，使得3d打印很难适用于精密构件制造。
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供了一种3d打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，包括如下步骤：
2、s1. 获取待打印材料中的不同且不相互重叠的半径范围的颗粒xn，并按照半径范围自大而小排序、目标打印模型、理论上颗粒xn对应的最佳体积百分数ym。
3、s2. 通过随机函数生成随机数kx。
4、s3. 通过box-muller算法将随机数kx转化为正态分布的颗粒半径。
5、s4. 在规
6、s5. 进行重叠判断，以确认步骤s4放置的颗粒与规定的粉末生成空间内已经放置的颗粒组p中与之相邻的颗粒是否发生了重叠。当步骤s4放置的颗粒与规定的粉末生成空间内已经放置的颗粒组p中与之相邻的颗粒发生重叠时，对该放置颗粒进行反重叠处理。
7、s6. 如果步骤s4放置的颗粒的边界超出粉末生成空间，则认为该颗粒超出边界，需进行回界处理。
8、s7. 待步骤s4中全部颗粒放置完毕，储存本次放置颗粒的颗粒半径和颗粒空间位置数据，与之前其他已经放置完毕的颗粒组p合并为新的已经放置的颗粒组p，并计算当前全部颗粒的体积数t。
9、s8. 重复上述步骤s2-s7，使得颗粒xn的体积百分数自大而小依次满足ym。
10、进一步的，步骤s3所述通过box-muller算法将随机数kx转化为正态分布的颗粒半径的方法包括：
11、步骤1. 设计两个独立的标准正态分布x ~ n (0,1)和y ~ n (0,1)。由于它们相互独立，因此联合概率密度函数为：
12、式1。
13、步骤2. 将式1进行极坐标变换得到：
14、式2。
15、步骤3. 将式2转换为标准的均匀分布，则有：
16、式3。
17、另一个密度函数为：
18、式4。
19、步骤4. 将式3和式4联合为累积分布函数cdf：
20、式5。
21、步骤5. 将式5反写后得到：
22、式6。
23、步骤6. 根据逆变换采样原理，如果我们有p ( r )的pdf，那么对齐的cdf的反函数进行均匀采样得到的样本分布将符合p ( r )的分布。如果u是均匀分布的，那么u = 1 -u也是均匀分布的，所以用u代替1 - u，最后我们可以得到：
24、
25、式7和式8两个均匀分布的随机数u和v由一个随机函数得到。
26、步骤7. 将随机数u和v代入box - buller算法，得到随机数kx对应的正态分布的颗粒半径，和随机设置粒子的位置。
27、进一步的，步骤s5所述规定的粉末生成空间为：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。以模型的边界为虚拟空间面，构建得到中空的粉末生成空间。
28、可选的，步骤s5所述进行重叠判断的方法包括：
29、首先，获取模型空间内的颗粒1的圆心位置为（x1,y1,z1）,半径为r1。颗粒2的圆心位置为（x2,y2,z2），半径为r2。...颗粒v的圆心位置为（xv,yv,zv），半径为rv。所述颗粒v以颗粒1为中心，与颗粒1相邻颗粒的自然数顺序编号。
30、其次，以颗粒1为目标，分别计算颗粒1与周围颗粒2至颗粒v的距离为并得到
31、之后，以颗粒1为目标，计算颗粒1与对应的颗粒的半径之和cm=r1+rm。其中m为对应的颗粒编号。
32、最后，进行判断：如果＜cm，则认为它们是重叠的。
33、进一步的，步骤s5所述反重叠处理的方法包括：
34、首先，以颗粒1的圆心位置（x1,y1,z1）和颗粒m的圆心位置（xm,ym,zm）之间做连线o。
35、其次，计算dm=（cm-）。
36、最后，将颗粒1的圆心位置，沿连线o的延长线，向远离颗粒m的方向位移dm，完成所述反重叠处理。
37、进一步的，每次完成反重叠处理后，以新的颗粒1的圆心位置，重复进行重叠判断和反重叠处理，至≥cm。
38、可选的，步骤s5所述进行重叠判断的方法包括：
39、首先，获取模型空间内的颗粒1的圆心位置为（x1,y1,z1）,半径为r1。颗粒2的圆心位置为（x2,y2,z2），半径为r2。...颗粒v的圆心位置为（xv,yv,zv），半径为rv。所述颗粒v以颗粒1为中心，与颗粒1相邻颗粒的自然数顺序编号。
40、其次，以颗粒1为目标，分别计算颗粒1与周围颗粒2至颗粒v的距离为
41、之后，以颗粒1为目标，计算颗粒1与颗粒v之间的颗粒的半径之和cv=r1+rv。
42、最后，统计全部dv＜cv的颗粒，得到颗粒组d。如颗粒组d中存在颗粒，则判断存在重叠颗粒。
43、进一步的，步骤s5所述反重叠处理的方法包括：
44、首先，形成颗粒1指向颗粒组d中全部颗粒圆心的向量组e。
45、之后，计算向量组e的和向量f，并计算得到和向量f的反向量g。
46、最后，将颗粒1的圆心按照反向量g进行位移，完成所述反重叠处理。
47、进一步的，每次完成反重叠处理后，以新的颗粒1的圆心位置，重复进行重叠判断和反重叠处理，至颗粒组d中不存在颗粒。
48、进一步的，步骤s6所述回界处理包括：
49、首先，判断该颗粒j超出粉末生成空间的体积hc与颗粒总体积h0之间的比值s。
50、之后，判断：如s≥0.5，则删除该颗粒。如s＜0.5，则进行下述步骤。
51、(1)判断颗粒j上方是否存在颗粒，如存在则删除该颗粒，如不存在则进行步骤（2）。
52、(2)做颗粒j圆心与周围颗粒圆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S3所述通过Box-Muller算法将随机数Kx转化为正态分布的颗粒半径的方法包括：
3.根据权利要求1 所述3D 打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S5 所述规定的粉末生成空间为：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；以模型的边界为虚拟空间面，构建得到中空的粉末生成空间。
4.根据权利要求3 所述3D 打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S5 所述进行重叠判断的方法包括：
5.根据权利要求4所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S5所述反重叠处理的方法包括：
6.根据权利要求5所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，每次完成反重叠处理后，以新的颗粒1的圆心位置，重复进行重叠判断和反重叠处理，至≥Cm。
7.根据权利要求3
8.根据权利要求7所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S5所述反重叠处理的方法包括：
9.根据权利要求8所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，每次完成反重叠处理后，以新的颗粒1的圆心位置，重复进行重叠判断和反重叠处理，至颗粒组D中不存在颗粒。
10.根据权利要求1所述3D打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤S6所述回界处理包括：
...【技术特征摘要】
1.一种3d打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述3d打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤s3所述通过box-muller算法将随机数kx转化为正态分布的颗粒半径的方法包括：
3.根据权利要求1 所述3d 打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤s5 所述规定的粉末生成空间为：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；以模型的边界为虚拟空间面，构建得到中空的粉末生成空间。
4.根据权利要求3 所述3d 打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步骤s5 所述进行重叠判断的方法包括：
5.根据权利要求4所述3d打印粉床颗粒粒径分布模型的构建方法，其特征在于，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军超，王秋森，何宣余，曹辉，
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：
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