一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3d打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法，網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入和3D打印件起始的需要CAD文件數(shù)據(jù)一樣,再本文的模擬中初始數(shù)據(jù)也是從CAD文件開(kāi)始，本發(fā)明通過(guò)使用面向?qū)ο蟮姆椒▽?D打印機(jī)打印過(guò)程中打印系統(tǒng)的各個(gè)要素對(duì)象化，以此實(shí)現(xiàn)全面虛擬打印，做好3個(gè)實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)序列對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)格單元與單元集合對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、打印步長(zhǎng)對(duì)象與打印行對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建打印軌跡的模型，設(shè)計(jì)橫向來(lái)回掃描形式打印軌跡的算法生成打印軌跡，通過(guò)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入，打印體數(shù)據(jù)的組裝，再現(xiàn)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程，創(chuàng)建打印體對(duì)象。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車(chē)，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用，但是現(xiàn)有的3D打印技術(shù)受到以下因素的限制，1、打印材料的限制，目前3D打印材料包括粉末狀的金屬材料、陶瓷材料、顆粒型的塑料材料、甚至于生物材料;2、打印設(shè)備昂貴，普通個(gè)人購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)3D打印設(shè)備，售價(jià)在5000至2000元人民幣以?xún)?nèi)，可以實(shí)現(xiàn)最多3種顏色塑料的打印，打印材料只支持塑料類(lèi)材料，而且其相對(duì)目前大多數(shù)的家庭而言，還太昂貴，對(duì)于需要打印金屬、陶瓷等材料或者是對(duì)打印件較高剛度強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)件，對(duì)應(yīng)的3D打印機(jī)都是工業(yè)化生產(chǎn)型的，其價(jià)格數(shù)十萬(wàn)至上百萬(wàn)；3、設(shè)計(jì)工具需進(jìn)一步優(yōu)化，3D打印要求開(kāi)發(fā)和廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具。對(duì)于功能部件制造，需要新的工具來(lái)優(yōu)化形狀和材料性能，以最大化地減少材料使用和重量。對(duì)于非專(zhuān)業(yè)人員，需要開(kāi)發(fā)出易于操作的設(shè)計(jì)工具，來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì);4、生產(chǎn)過(guò)程需要加強(qiáng)工藝控制，為提高連貫性、重復(fù)性和統(tǒng)一性，需要建立裝備認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)控和閉環(huán)反饋，如通過(guò)傳感器提供無(wú)損性評(píng)估與早期缺陷檢測(cè)，通過(guò)流程控制減少設(shè)備故障。為更好了解、預(yù)測(cè)材料性能和零部件功能特性，需要建立預(yù)測(cè)性模型，使設(shè)計(jì)師、工程師和用戶能夠估計(jì)零部件的功能特性，并通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法，本發(fā)明通過(guò)使用面向?qū)ο蟮姆椒▽?D打印機(jī)打印過(guò)程中打印系統(tǒng)的各個(gè)要素對(duì)象化，以此實(shí)現(xiàn)全面虛擬打印，做好3個(gè)實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)序列對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)格單元與單元集合對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、打印步長(zhǎng)對(duì)象與打印行對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建打印軌跡的模型，設(shè)計(jì)橫向來(lái)回掃描形式打印軌跡的算法生成打印軌跡，通過(guò)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入，打印體數(shù)據(jù)的組裝，再現(xiàn)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程，創(chuàng)建打印體對(duì)象。
[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題有以下幾點(diǎn):
1、建立打印軌跡的模型，掃描軌跡對(duì)象應(yīng)該包含一系列的軌跡片段，這些軌跡片段按照時(shí)間順序化了的。每個(gè)軌跡片段對(duì)象則是由帶有時(shí)間性質(zhì)的軌跡點(diǎn)對(duì)象構(gòu)成，它還需要包含軌跡段編號(hào)、所接受的熱輸入信息。有兩種方法可以被用來(lái)模型化打印頭的掃描軌跡。一種方法是鑒于掃描只是在固定的水平面內(nèi)進(jìn)行，只需要獲得一個(gè)X、Y坐標(biāo)的時(shí)間序列，再將這些點(diǎn)與單元的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，就可以確定軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的被添加單元顆粒，最終實(shí)現(xiàn)從軌跡點(diǎn)序列到顆粒單元序列的轉(zhuǎn)換。另外一種方法就是通過(guò)將單元幾何中心位置進(jìn)行在打印層內(nèi)分行、分段后，再進(jìn)行時(shí)間序列化，最終構(gòu)件掃描軌跡對(duì)象模型。
[0005]2、橫向來(lái)回掃描形式打印軌跡的算法與實(shí)現(xiàn)，基于選擇性激光掃描的3D打印，所以首先實(shí)現(xiàn)了橫向來(lái)回掃描。實(shí)現(xiàn)來(lái)回掃描就是將Ax寬度內(nèi)的幾何中心點(diǎn)按照y方向順序排列即可。若是交叉打印，則在下一層進(jìn)行Ay寬度內(nèi)將中心點(diǎn)按X方向順序排列。單元的幾何中心是和單元一一對(duì)應(yīng)的，可以通過(guò)単元集對(duì)象的相應(yīng)方法獲得對(duì)序列化的單元集對(duì)象。
[0006]3、打印體對(duì)象的創(chuàng)建，先讀入網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，再打印體數(shù)據(jù)的組裝，再現(xiàn)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程，創(chuàng)建打印體對(duì)象。
[0007]打印體對(duì)象的創(chuàng)建:單純的網(wǎng)格化的單元集對(duì)象還不能完全描述一個(gè)3D打印件模型的信息。而一個(gè)完整的3D打印件的顆粒態(tài)模型是可以完整包含其打印過(guò)程信息的。所以構(gòu)建對(duì)3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真模型就是構(gòu)建3D打印件的顆粒態(tài)描述模型。
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的步驟如下:
1、網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入和3D打印件起始的需要CAD文件數(shù)據(jù)一樣，再本文的模擬中初始數(shù)據(jù)也是從CAD文件開(kāi)始，將其網(wǎng)格劃分并獲得網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)據(jù)，由于最后獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)一般規(guī)模較大，程序需要將其讀入并轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)集、單元、單元集對(duì)象，所以需要較高效的算法，以減少在數(shù)據(jù)讀入上的耗時(shí)；
2、打印體數(shù)據(jù)的組裝按照打印軌跡模型對(duì)象所指示的具有時(shí)間順序的軌跡點(diǎn)序列，可以組裝每一個(gè)打印層，再將打印層對(duì)象依照軸向生長(zhǎng)方向，將各層組裝起來(lái)，最終就形成了3D打印體對(duì)象；
3、基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程的再現(xiàn)，在獲了打印體對(duì)象以后，對(duì)打印過(guò)程的再現(xiàn)實(shí)質(zhì)上就是按照顆粒的被添加時(shí)間使用ABAQUS的顯示界面強(qiáng)制刷新指定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型，這樣在視覺(jué)上就達(dá)到了動(dòng)畫(huà)性的連續(xù)顯示零部件的3D打印過(guò)程。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明通過(guò)使用面向?qū)ο蟮姆椒▽?D打印機(jī)打印過(guò)程中打印系統(tǒng)的各個(gè)要素對(duì)象化，以此實(shí)現(xiàn)全面虛擬打印，做好3個(gè)實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)序列對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)格單元與單元集合對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、打印步長(zhǎng)對(duì)象與打印行對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建打印軌跡的模型，設(shè)計(jì)橫向來(lái)回掃描形式打印軌跡的算法生成打印軌跡，通過(guò)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入，打印體數(shù)據(jù)的組裝，再現(xiàn)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程，創(chuàng)建打印體對(duì)象。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為網(wǎng)絡(luò)顆粒堆積的主流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合附圖1和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所具有的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，但不能對(duì)本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍構(gòu)成任何限定。
[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法，本發(fā)明通過(guò)使用面向?qū)ο蟮姆椒▽?D打印機(jī)打印過(guò)程中打印系統(tǒng)的各個(gè)要素對(duì)象化，以此實(shí)現(xiàn)全面虛擬打印，做好3個(gè)實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)序列對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)格單元與單元集合對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)、打印步長(zhǎng)對(duì)象與打印行對(duì)象及其代碼實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建打印軌跡的模型，設(shè)計(jì)橫向來(lái)回掃描形式打印軌跡的算法生成打印軌跡，通過(guò)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入，打印體數(shù)據(jù)的組裝，再現(xiàn)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程，創(chuàng)建打印體對(duì)象。
[0013]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的步驟如下:
1、網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入和3D打印件起始的需要CAD文件數(shù)據(jù)一樣，再本文的模擬中初始數(shù)據(jù)也是從CAD文件開(kāi)始，將其網(wǎng)格劃分并獲得網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)據(jù)，由于最后獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)一般規(guī)模較大，程序需要將其讀入并轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)集、單元、單元集對(duì)象，所以需要較高效的算法，以減少在數(shù)據(jù)讀入上的耗時(shí)；
2、打印體數(shù)據(jù)的組裝按照打印軌跡模型對(duì)象所指示的具有時(shí)間順序的軌跡點(diǎn)序列，可以組裝每一個(gè)打印層，再將打印層對(duì)象依照軸向生長(zhǎng)方向，將各層組裝起來(lái)，最終就形成了3D打印體對(duì)象；
3、基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程的再現(xiàn)，在獲了打印體對(duì)象以后，對(duì)打印過(guò)程的再現(xiàn)實(shí)質(zhì)上就是按照顆粒的被添加時(shí)間使用ABAQUS的顯示界面強(qiáng)制刷新指定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型，這樣在視覺(jué)上就達(dá)到了動(dòng)畫(huà)性的連續(xù)顯示零部件的3D打印過(guò)程。
[0014]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)化顆粒的3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征在于，(I)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的讀入和3D打印件起始的需要CAD文件數(shù)據(jù)一樣，再本文的模擬中初始數(shù)據(jù)也是從CAD文件開(kāi)始，將其網(wǎng)格劃分并獲得網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)據(jù)，由于最后獲得的網(wǎng)格數(shù)據(jù)一般規(guī)模較大，程序需要將其讀入并轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)集、單元、單元集對(duì)象，所以需要較高效的算法，以減少在數(shù)據(jù)讀入上的耗時(shí)； (2)打印體數(shù)據(jù)的組裝按照打印軌跡模型對(duì)象所指示的具有時(shí)間順序的軌跡點(diǎn)序列，可以組裝每一個(gè)打印層，再將打印層對(duì)象依照軸向生長(zhǎng)方向，將各層組裝起來(lái)，最終就形成了 3D打印體對(duì)象； (3)基于網(wǎng)格單元的堆積過(guò)程的再現(xiàn)，在獲了打印體對(duì)象以后，對(duì)打印過(guò)程的再現(xiàn)實(shí)質(zhì)上就是按照顆粒的被添加時(shí)間使用ABAQUS的顯示界面強(qiáng)制刷新指定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型，這樣在視覺(jué)上就達(dá)到了動(dòng)畫(huà)性的連續(xù)顯示零部件的3D打印過(guò)程。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106096151SQ201610428982
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】江訓(xùn)艷, 吳磊
【申請(qǐng)人】新余學(xué)院