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科学家通过模仿天然骨组织优化填充结构

2019-11-04| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1948|原作者: 东部三维网

摘要:3D打印填充优化是世界各地的设计师,数学家和研究人员不断改变的事情,因为它们可以最终节省成本并减少生产时间。实际上,在生产3D打印零件时,大多数3D打印过程都可以对内部密度进行一些优化。使用立体光刻

3D打印填充优化是世界各地的设计师,数学家和研究人员不断改变的事情,因为它们可以最终节省成本并减少生产时间。实际上,在生产3D打印零件时,大多数3D打印过程都可以对内部密度进行一些优化。

使用立体光刻技术,空心3D打印零件的生产可确保高精度,并使用最少的材料和最有效的速度。 Polyjet 3D打印技术使您可以用更实惠的支持材料填充零件。 FDM 3D打印使用户可以选择创建具有不同填充程度的3D模型文件,从而在使用更少材料的情况下加快处理速度。

这些节省成本和时间的措施存在明显的缺陷,这些缺陷是降低零件的强度。例如,包含5%内部材料和95%空气的零件将比实心零件的外力弱。来自欧洲顶尖技术大学的一组研究人员通过借鉴自然界的灵感来优化3D打印的内部填充结构。该研究论文由Jun Wu博士(现为荷兰DEL Delft助理教授),Niels Aage博士(丹麦TU副教授),RüdigerWestermann博士(德国慕尼黑TU教授)和Ole博士撰写。 Sigmund(丹麦TU教授)并详细说明了骨头。结构中的多孔结构是获得高效且优化的耐用填充结构的关键。

本文提出了一种通过模仿紧凑的皮质骨来生产最佳轻质零件的方法,该皮质骨形成外壳和占据内部的海绵小梁,例如3D打印的对应物和人类的股骨横截面。

我们的算法以类似于骨骼对外力的反应方式来优化材料的分布。因此,这些结构模仿了自然界中发现的结构。优化的图案内部具有不同的形状,这与3D打印切片软件中使用的许多重复图案形成对比。从技术角度来看,研究人员的算法基于拓扑优化,这是一种设计轻型结构的工程方法。拓扑优化已广泛用于航空航天和汽车行业,其中零件和设备的重量起着重要作用。它将材料放置在需要的位置,以在指定的外力作用下最大化结构的刚度。

但是,正如研究人员的发现所示,拓扑优化建议的结构对材料损坏和外力的变化很敏感。毕竟,效率和力量是一对矛盾的因素。一种新的所谓的骨填充通过扩散形状内的微观结构,在效率和强度之间实现了良好的平衡。标准骨样品优化算法的优化结构优于当前切片软件中的重复模式,这在二维股骨形物体的填充物设计中得到了证明。在左侧,我们有一个标准的拓扑优化结构。中间是骨骼填充,右侧显示重复模式。柔度值(c),即刚度的倒数,应尽可能小。

尽管他们的工作仍处于研究阶段,但他们已经通过使用SLS和FDM打印机制造结构部件来测试其方法。

在这方面,Jun Wu建议算法现在最有可能集成到设计链(CAD/CAE软件)中,而不是切片软件中。对于世界各地的设计师来说,这应该可以大大减少工作量,他们的任务是尽可能以成本效益的方式生产零件。

展望未来,Jun指出他们用于填充优化公式的(研究)软件包将很快发布,并可根据要求提供测试版本。



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