【摘要】：利用3D打印數字制造、堆積制造的技術優(yōu)勢,制作具有顯著減阻效果的仿鯊魚體表皮盾鱗肋條結構。根據已得到的單個盾鱗結構圖,結合真實尺寸建模制造,利用Rhino軟件數字建模單個盾鱗并陣列化,得到仿鯊魚表皮三維模型。以尼龍、未來8000樹脂為3D打印線材,成功打印復制出具有鯊魚盾鱗肋條結構的仿生陰、陽模板,為功能性生物表面的高精度、微尺度復制提供了新的思路方法。
【圖文】：

塑料工業(yè)2017年高逼真仿生復制提供了新的方法。1鯊魚皮盾鱗肋條結構建模1.1單個盾鱗建模采集到的鯊魚皮(短尾真鯊)樣本單個盾鱗結構如圖1所示，盾鱗呈釉質，質地堅硬，且盾鱗不隨魚體生長而長大，由上部鱗棘和下部基板構成懸臂梁結構［7－8］。圖1單個盾鱗結構示意圖Fig1Singleplacoidscalesofsharkskin利用建模軟件，建模單個鯊魚盾鱗結構，根據實際鯊魚盾鱗溝槽寬度與盾鱗長度的比值，等比例放大，以保證鯊魚盾鱗應有的尺寸特性，避免因尺寸誤差降低減阻性能。根據盾鱗形貌特性，首先建立nurbs立方體，在此基礎上使用線和面的添加和拉伸基礎大致建模出單個鱗片的雛形，如圖2所示。圖2單個鱗片建模雛形Fig2Modelingminiatureofasingleplacoidscale將單個鱗片建模雛形與真實的鯊魚鱗片溝槽橫截面圖，如圖3a相對比，進一步優(yōu)化溝槽形狀。對照形式如圖3b所示，將肋條溝槽曲線與真實鯊魚鱗片溝槽輪廓對照擬合，反復調整模型的各個線和面，最大程度還原鱗片輪廓，減小實際誤差，擬合后的鯊魚盾鱗建模如圖3c所示，建模后的單個盾鱗溝槽曲面與真實盾鱗曲面近似完全擬合。a－盾鱗橫截面圖b－對照過程c－擬合后盾鱗建模圖3對照擬合盾鱗建模雛形Fig3Contrastingfittingmodelingminiatureofplacoidscale在陣列化盾鱗時，首先要解決3D打印陽模陣列化模型的問題。陽模即按照一定比例放大制作的仿鯊魚盾鱗肋條結構，便于觀察研究鯊魚表皮的減阻機理，同時陽模的制作簡單，可達到的精度較高，為制作陰模時需要的布爾差值建模運算提供精確的模板。前期所制作的單個盾鱗模型，鱗片根部過細，3D打印時會添加額外支撐結構以保證其強度，會帶來成本過高、降低精度、提高制作難度等一系列問題，因此把根部基板加粗，使單個鱗片變成

構建模1.1單個盾鱗建模采集到的鯊魚皮(短尾真鯊)樣本單個盾鱗結構如圖1所示，盾鱗呈釉質，質地堅硬，且盾鱗不隨魚體生長而長大，由上部鱗棘和下部基板構成懸臂梁結構［7－8］。圖1單個盾鱗結構示意圖Fig1Singleplacoidscalesofsharkskin利用建模軟件，建模單個鯊魚盾鱗結構，根據實際鯊魚盾鱗溝槽寬度與盾鱗長度的比值，等比例放大，以保證鯊魚盾鱗應有的尺寸特性，避免因尺寸誤差降低減阻性能。根據盾鱗形貌特性，首先建立nurbs立方體，在此基礎上使用線和面的添加和拉伸基礎大致建模出單個鱗片的雛形，如圖2所示。圖2單個鱗片建模雛形Fig2Modelingminiatureofasingleplacoidscale將單個鱗片建模雛形與真實的鯊魚鱗片溝槽橫截面圖，如圖3a相對比，進一步優(yōu)化溝槽形狀。對照形式如圖3b所示，將肋條溝槽曲線與真實鯊魚鱗片溝槽輪廓對照擬合，反復調整模型的各個線和面，最大程度還原鱗片輪廓，減小實際誤差，擬合后的鯊魚盾鱗建模如圖3c所示，建模后的單個盾鱗溝槽曲面與真實盾鱗曲面近似完全擬合。a－盾鱗橫截面圖b－對照過程c－擬合后盾鱗建模圖3對照擬合盾鱗建模雛形Fig3Contrastingfittingmodelingminiatureofplacoidscale在陣列化盾鱗時，首先要解決3D打印陽模陣列化模型的問題。陽模即按照一定比例放大制作的仿鯊魚盾鱗肋條結構，便于觀察研究鯊魚表皮的減阻機理，同時陽模的制作簡單，可達到的精度較高，，為制作陰模時需要的布爾差值建模運算提供精確的模板。前期所制作的單個盾鱗模型，鱗片根部過細，3D打印時會添加額外支撐結構以保證其強度，會帶來成本過高、降低精度、提高制作難度等一系列問題，因此把根部基板加粗，使單個鱗片變成為一個圓柱狀，但是將重要的盾鱗及其溝槽全部保留，如圖4所示。
【作者單位】： 山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院;
【基金】：國家自然科學基金(51375283;51005139) 山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金(BS2012ZZ010) 山東省高等學校優(yōu)勢學科人才團隊培育計劃
【分類號】：TB391;TP391.73

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1 劉博;姜鵬;李旭朝;桂泰江;田黎;秦松;;鯊魚盾鱗肋條結構的減阻仿生研究進展[J];材料導報;2008年07期

本文編號：2552614