基于优化模型的三维打印研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:galadelong
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三维打印在人们生活中越来越普及,但是材料成本高、打印物体不满足一定的结构性能、额外内部支撑结构的需求等问题仍亟需解决。  为了避免打印过程中额外添加内部支撑材料而带来的材料浪费、结构性能失效等系列问题,本文以省材为目标,以物理属性需求、几何属性需求以及自支撑打印属性需求为约束,建立了基于框架结构的自支撑优化算法。首先,本文创新地提出了带有自支撑约束的稀疏优化模型,删除冗余的和不满足自支撑的内部结构。其次,本文创新地提出自支撑角度优化模型,保证内部结构满足自支撑约束和一定的结构强度,同时优化内部节点的位置和杆的半径大小,进一步减少打印材料消耗,最终得到满足自支撑打印的轻质框架结构。  针对节省材料和增强模型的结构性能问题,本文提出了基于切片的省材结构优化算法。该算法优化切片上的点的移动量,自适应地编辑模型,使其满足一定的结构强度、可打印性和稳定性等约束,最大程度地减少材料消耗。本文基于切片的结构强度分析方法,全面地检测出脆弱性切片和结构强度大的切片。对脆弱性切片,本文提出基于切片的结构增强优化模型,编辑修正脆弱性区域以达到一定的结构强度的目的。对于结构强度大的切片,本文提出了基于切片的省材挖洞优化模型,在一定的结构强度、稳定性、可打印性等约束下,自适应优化模型的壁厚,最大化地节省打印材料。  本文算法在许多复杂的三维模型上进行实验,并与当前先进的算法相比较,结果表明本文的优化算法具有更好的有效性和实用性。
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