【摘要】：近年來,3D打印技術(shù)作為一種新型的制造工藝越來越廣泛的應用于包括家具制造、建筑設(shè)計、醫(yī)療器械等在內(nèi)的各行各業(yè)。其層層打印、逐層疊加原材料的技術(shù)特點使得其能輕易制造出各種復雜的形狀,這是傳統(tǒng)制造技術(shù)所不能比擬的。此外,3D打印技術(shù)還具有技能門檻低、制造成本與模型復雜度無關(guān)的突出優(yōu)點。然而,3D打印技術(shù)仍然面臨著一些亟待解決的問題,這其中,材料成本居高不下的問題很大程度上制約了此技術(shù)的進一步發(fā)展,受到了學術(shù)界的廣泛關(guān)注。在上述背景下,本文分別從計算設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度出發(fā),給出兩種節(jié)省打印材料的方法。首先,從計算設(shè)計的角度出發(fā),本文給出一種可重構(gòu)自鎖家具的計算設(shè)計方案。此方案可以根據(jù)給定的一組家具設(shè)計形態(tài)生成對應的公共部件,并基于實際使用場景,將這組公共部件組裝成對應的自鎖家具進行使用。這一方面通過部件重用的方式節(jié)約了材料的消耗,另一方面生成的家具部件可以方便的組裝、拆卸和存儲。此方案主要做了如下工作:1)利用動態(tài)二部圖模型對給定的一組設(shè)計模型進行協(xié)同分解,得到一組可重復使用的公共部件;2)提出一種半連接頭連接圖來對多個設(shè)計模型的部件之間的連接情況進行建模;3)提出后向自鎖建模、多鑰自鎖建模這兩種新的自鎖結(jié)構(gòu)構(gòu)造方案;4)提出在多個組裝結(jié)構(gòu)上布置兼容連接頭形成自鎖結(jié)構(gòu)的同步構(gòu)造方案。實驗證明,應用本方案可以高效地設(shè)計出不同類型、不同復雜程度的可重構(gòu)自鎖家具模型,有效降低了材料消耗。其次,從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度出發(fā),本文給出一種基于應力分布的殼模型構(gòu)造與優(yōu)化方案。此方案基于模型的應力分布情況迭代的構(gòu)造出不改變模型外觀、滿足一定強度約束的非均勻厚度殼模型,大幅減少模型的打印體積,進而有效地節(jié)約打印成本。此方案主要做了如下工作:1)基于模型的體素化表示構(gòu)造出有向距離場,并提取出均勻厚度的殼模型;2)獲取殼模型的應力分布,基于應力分布情況自適應的向外擴張內(nèi)表面;3)通過輔助用戶分割模型、自動構(gòu)造連接結(jié)構(gòu)、同步進行殼模型的優(yōu)化來支持對大物體的節(jié)材優(yōu)化。實驗結(jié)果表明,本方案生成的殼模型體積為輸入模型的1 7.2%～24.4%,大幅減少了打印體積。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.73;TS664.01
【圖文】：

邐第１章緒邋論邐逡逑中各個模塊間碰撞情況，最后得到無碰撞且對模型修改較少的可折疊家具。Ｇａｒｇ逡逑等［５１開發(fā)了一個交互式設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時檢測到部件碰撞并輔助用戶逡逑可視化編輯家具各部分之間的變換順序和方式，可以使得單個家具（如長椅）可逡逑以根據(jù)需要重構(gòu)成具有不同功能的結(jié)構(gòu)。邐邐逡逑

邐［Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ邋２０１５］邐［Ｋａｌｏｊａｎｏｖｅｔ邋ａｌ．邋２０１６］逡逑圖１．２可重用部件或子結(jié)構(gòu)的相關(guān)研宄逡逑體的節(jié)材打印，其作為內(nèi)部支撐框架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)便是由２Ｄ激光切割制成的部件逡逑以自鎖的方式連接而成的凸多面體。Ｚｈａｎｇ和ＢａｌｋｃｏｍｔＷ設(shè)計構(gòu)造了一個類體逡逑素的自鎖立方體組，其實例可以逐層連接組成各種體素化形狀。Ｙａｏ等［１９］為家逡逑具設(shè)計構(gòu)造裝飾性的連接頭，其中部分連接頭之間構(gòu)成了自鎖結(jié)構(gòu)以增強穩(wěn)定逡逑性。逡逑ｍｍｍ逡逑［Ｘｉｎｅｔ邋ａｌ邋２０１１］邐［Ｓｏｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ邋２０１２］邐［Ｓｋｏｕｒａｓ邋ｅｔ邋ａｌ邋２０１５］逡逑［Ｆｕ邋ａｎｄ邋Ｓｏｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ邋２０１５］邐［Ｓｏｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ邋２０１６］邐［Ｙａｏ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１７］逡逑圖１．３自鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)研宄逡逑１．２．２面向３Ｄ打印的結(jié)構(gòu)優(yōu)化逡逑如前文所述，３Ｄ打印技術(shù)還面臨著一些技術(shù)難題需要解決，這其中的結(jié)構(gòu)逡逑優(yōu)化問題作為其中與計算機圖形學聯(lián)系最為緊密的部分，而結(jié)構(gòu)優(yōu)化又分為節(jié)逡逑材優(yōu)化、強度優(yōu)化等方面。逡逑節(jié)材優(yōu)化。在節(jié)材優(yōu)化方面，相關(guān)研究多采用一些特定的結(jié)構(gòu)型式來進行模逡逑型的內(nèi)部填充，將原本的實心模型轉(zhuǎn)換為具有稀疏空間結(jié)構(gòu)的模型，以減少材料逡逑的消耗

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【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 曾嵩;朱榮;姜煒;蔡霄天;劉金強;;金屬點陣材料的研究進展[J];材料導報;2012年05期

2 吳林志;熊健;馬力;王兵;張國旗;楊金水;;新型復合材料點陣結(jié)構(gòu)的研究進展[J];力學進展;2012年01期

本文編號：2743484