连续纤维3D打印路径协同优化方法及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115935448A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211508099.7(22)申请日2022.11.28(71)申请人西北工业大学地址710000陕西省西安市碑林区友谊西路127号(72)发明人贾东升冯鹏程王骏许英杰朱继宏张卫红(74)专利代理机构西安毅联专利代理有限公司61225专利代理师杨燕珠(51)Int.Cl.G06F30/10(2020.01)G06F30/20(2020.01)权利要求书1页说明书8页附图4页(54)发明名称连续纤维3D打印路径协同优化方法及装置(57)摘要本申请公开了一种连续纤维3D打印路径协同优化方法及装置，涉及3D打印技术领域，解决了现有技术中计算量大，且路径中出现尖锐的拐角的问题；该方法包括设置杆端节点为设计变量，并确定端节点的位置初始值；确定端节点坐标与相邻杆之前的夹角以及总杆长之间的关系，使用解析函数控制夹角和总杆长；建立杆链结构的水平集函数；确定杆链结构最小总体柔度的优化目标；根据梯度优化算法以及约束条件对杆链结构进行优化，确定优化结果；实现了在计算量较小的情况下，避免路径中出现尖锐的拐角，得到杆链布局的优化设计。CN115935448ACN115935448A权利要求书1/1页1.一种连续纤维3D打印路径协同优化方法，其特征在于，包括：设置杆端节点为设计变量，并确定所述端节点的位置初始值；确定所述端节点坐标与相邻杆之前的夹角以及总杆长之间的关系，使用解析函数控制夹角和总杆长；建立杆链结构的水平集函数；确定所述杆链结构最小总体柔度的优化目标；根据梯度优化算法以及所述约束条件对所述杆链结构进行优化，确定优化结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述端节点坐标与相邻杆之前的夹角以及杆长之间的关系，包括：确定所述杆链结构总长度；建立夹角约束模型函数以及建立所述杆链结构与设计域边界之间的距离模型函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立杆链结构的水平集函数，包括：其中，xe,ye表示设计域内一点所在的坐标位置；de,i表示设计域内一点(xe,ye)到杆li之间的距离；Φ表示单个杆的水平集函数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件，包括：以所述杆链结构的总体柔度最小为目标，对所述杆链结构的总长度以及杆与杆之前的角度进行约束。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件，还包括：对所述杆链结构和设计域边界之间的距离进行约束。6.一种连续纤维3D打印路径协同优化装置，其特征在于，包括：初始值设定单元，用于设置杆端节点为设计变量，并确定所述端节点的位置初始值；变量关系确定单元，用于确定所述端节点坐标与相邻杆之前的夹角以及总杆长之间的关系，使用解析函数控制夹角和总杆长；函数建立单元，用于建立杆链结构的水平集函数；约束条件确定单元，用于确定所述杆链结构最小总体柔度的优化目标；优化单元，用于根据梯度优化算法以及所述约束条件对所述杆链结构进行优化，确定优化结果。2CN115935448A说明书1/8页连续纤维3D打印路径协同优化方法及装置技术领域[0001]本申请涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种连续纤维3D打印路径协同优化方法及装置。背景技术[0002]目前3D打印技术应用了离散‑堆积的思想，从根源上避免了传统建材制造中存在难成形、难加工的问题，不仅能有效的提升制造效率及材料的利用率，降低生产成本，还可以实现复杂结构间的快速精密制造。纤维增强复合材料作为一种异性材料，与金属材料相比具有高比强度、高比模量、可设计强及多功能融合等优点。通过拓扑优化等结构设计方法在保证性能的同时达到轻量化的效果。[0003]文献公开的设计方法可在简单工况下对结构进行考虑各向异性的拓扑优化，之后在拓扑优化所得几何体上进行路径规划。存在如下问题：1.结构拓扑优化与连续纤维路径规划分离进行，没有完全耦合，定程度上限制了结构优化潜力。3.虽然传统方法使用了考虑了各向异性的拓扑优化方法，在此基础之上进行路径规划使得结构性能有所提高，但是考虑各向异性的拓扑优化获得的结构只可以作为纤维路径规划的参考，与实际的包含连续纤维的结构并不相同。5.传统方法生成的路径，往往会产生超出结构边界的“断头路”，需要人工切割和浪费的纤维，并且打磨粗糙的装配表面。总之，有必要开发一种拓扑优化与连续的打印路径完全协同的方法，真正模拟连续纤维在基体中的力学表现，满足打印中的各种边界条件，解析的控制工程约束。发明内容[0004]本申请实施例通过提供一种连续纤3D打印路径协同优化方法及装置，解决了现有技术中计算量大，且路径中出现尖锐的拐角的问题，实现了在计算量较小的情况下，避免路径中出现尖锐的拐角，得到杆链布局的优化设