3D打印模型节材优化

摘要

针对3D打印材料费用昂贵问题,提出一种改进的蒙皮-桁架结构快速构建与优化方案,使打印模型的体积在满足产品物理机械性能、受力平衡性、自平衡性和可打印性等多约束条件下实现最小化,以达到节省打印耗材、降低成本的目的.利用网格简化策略快速构建表层桁架结构,与原始网格模型在拓扑上保持相似性,避免桁架与蒙皮之间的冲突;基于试验分析,提出无内节点的内部桁架构建方法,不仅可大幅缩短整体优化时间,且可在保证满足力学约束条件下获得更优的节材效果;将力学准则法与粒子群优化算法有机结合,利用满应力法计算桁架结构的支杆半径作为优化算法的初始值,提高算法在全局范围内搜索最优解的能力和效率,实现桁架结构支杆截面尺寸与系统拓扑结构协同优化的目标.试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,具有成本优势和效率优势.需要说明的是，为了便于和其它文献所提方法进行比较，在分析时，模型材料特性是按金属设置的，其中弹性模量为206GPa，泊松比为0.28。显然这并不影响所提方法对各种材料的适用性和有效性。