一种面向3D打印的物体内部结构优化方法

摘要

本发明公开了一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，该方法基于Voronoi图和FEM(Finite Element Analysis Method,有限元分析)，通过FEM计算模型在外力下的应力图，并通过Voronoi图结合应力图计算并产生类蜂窝状的内部结构；蜂窝状的结构可以在提供很好的结构强度的同时最小化耗材，不仅可以在3D打印的过程中节省材料，还可以赋予打印物体类蜂窝状的内部结构，承受给定的外力，使得物体更加坚固、结实。

主权项

一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，其特征是：包括以下步骤：(1)计算初始给定的实心模型S的应力分布SM(S，F)，确定目标优化函数的参数值，并将其初始化；(2)根据计算得到的应力分布，进行重心Voronoi分割，得到α个Voronoi分割区域单元c＝{c₁,…c_i,…,c_α}，计算分割区域单元Harmonic场的等值曲面；(3)将Voronoi分割区域单元中等值曲面内的部分挖空，建立新的实心模型S′，令S＝S′，重新计算其应力分布；(4)根据新的应力分布，对比每个Voronoi分割区域单元，如果每个Voronoi单元内部都没有大于屈服点的应力点，转到步骤(7)；如果Voronoi分割区域单元中有大于屈服点的应力点且该分割区域单元Harmonic场的等值面与每轮迭代等值面系数的减少步长的差值小于每轮迭代的等值面系数阈值，则转到步骤(5)；如果Voronoi分割区域单元中有大于屈服点的应力点且该分割区域单元Harmonic场的等值面与每轮迭代等值面系数的减少步长的差值不小于每轮迭代的等值面系数阈值，则转到步骤(6)；(5)将S内的相邻且等值面参数一样的单元合并，产生新的Voronoi分割区域单元，新的单元的等值面系数不变，转到步骤(3)；(6)减小该分割区域单元Harmonic场的等值面，增加该Voronoi分割区域单元的材料，转到步骤(3)；(7)根据Voronoi分割区域单元，将各个单元内等值面内的部分挖空，得到新的模型，将该模型输出，进行3D打印。