创建虚拟三维结构模型的方法技术

本发明专利技术涉及一种创建主体(5)的虚拟三维结构模型(19)的方法，其包括以下步骤：根据所述主体(5)的几何模型(16)测定包络几何形状(25)和基础体积(26)；在考虑到所述包络几何形状(25)和/或所述基础体积(26)的情况下，创建所述主体(5)的至少一个数值模型(18)；对所述数值模型(18)施加至少一个变量(27)以及结合所述施加有至少一个变量(27)的数值模型(18)来确定所述主体(5)的目标特性(30)；创建结构模型(19)，所述结构模型定义所述主体(5)的实际特性(32)；以及对所述结构模型(19)进行迭代优化，用以使所述实际特性(32)适应所述目标特性(30)。根据本发明专利技术，在对所述结构模型(19)进行迭代优化时，通过改变所述结构模型(19)的至少一个参数(11、12、13)使所述主体(5)的至少一个机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性(32)与所述主体(5)的机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性(30)相匹配。此外，本发明专利技术还涉及一种制造方法和一种借助所述方法进行工作的装置。助所述方法进行工作的装置。助所述方法进行工作的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】创建虚拟三维结构模型的方法


[0001]本专利技术涉及一种创建主体的虚拟三维结构模型的方法。此外，本专利技术还涉及一种制造主体的增材制造方法，特别是3D打印法。此外，本专利技术还涉及一种用于创建主体的虚拟三维结构模型和/或用于制造主体的装置。此外，本专利技术还涉及一种借助所述方法制成的主体。

技术介绍

[0002]WO 2017/123268 A1例如揭露了一种系统和一种方法，用于针对通过增材制造形成的部件产生形状一致的晶格结构。此方法包括创建部件的计算机模型以及生成有限元网格。也可以产生具有多个蜂窝晶格组分的晶格结构。可以以某种方式使有限元网格的一些网格元素发生变形，使得有限元网格与部件的整体形状对应。然后可以以某种方式使晶格结构发生变形，使得晶格结构具有与有限元网格的有限元对应的胞元周期性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是消除现有技术中已知的缺点，特别是改善由多个胞元构成的主体结构的机械特性、热特性和/或空气动力学特性。
[0004]本专利技术用以达成上述目的的解决方案在于独立权利要求的特征。其他有利的技术方案参阅从属权利要求以及附图。
[0005]提出一种创建主体的虚拟三维结构模型的方法。术语“结构”特别是指的是晶格结构和/或面结构。这个结构可以由多个胞元。这些胞元可以具有多个相互连接的结构元素，特别是面元素和/或晶格元素。
[0006]就所述方法而言，首先根据主体的几何模型测定包络几何形状和基础体积。几何模型例如可以是CAD模型。包络几何形状形成虚拟主体的护套。基础体积形成被包络几何形状包围的体积。因此，基础体积至少部分被包络几何形状框定。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0007]随后，在根据本专利技术的方法中，在考虑到包络几何形状和/或基础体积的情况下，创建主体的至少一个数值模型。数值模型可以是FE模型(有限元模型)和/或FV模型(有限体积模型)。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0008]对这个数值模型施加至少一个变量。术语“变量”本质上指的是在按预期使用主体的过程中作用于这个主体的影响变量和/或负载变量。对这个数值模型施加至少一个机械变量、热变量和/或空气动力学变量。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0009]然后，结合施加有至少一个变量的数值模型来确定主体的目标特性。这一点优选由用户来确定和/或预设。作为补充或替代方案，这一点可以由计算单元自动确定和/或预设。在当前情况下，结合施加有至少一个机械变量、热变量和/或空气动力学变量的数值模型来确定主体的机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性。在此，优选以机械、
热和/或空气动力学各向异性的方式确定主体的目标特性。这表明，主体优选具有方向相关的机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0010]而后，创建结构模型。术语“结构模型”指的是由多个胞元构成的主体的虚拟模型。这些胞元可以由多个相互连接的结构元素、特别是面元素和/或晶格元素构成。这个结构模型定义主体的至少一个实际特性。这个结构模型定义主体的机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0011]数值模型和/或结构模型优选拟合到包络几何形状中。术语“拟合”指的是数值模型和/或结构模型的邻接包络几何形状的胞元不会被包络几何形状截断或分割，而是这个胞元尺寸精确配合地与这个包络几何形状相匹配，使得这个胞元与这个包络几何形状齐平。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0012]为了使实际特性适应目标特性，对结构模型进行迭代优化。在此情况下，通过改变结构模型的至少一个参数使主体的至少一个机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性与主体的机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性相匹配。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。这样就能有利地创建结构模型，其特征在于有所改进的机械特性、热特性和/或空气动力学特性。
[0013]有利的是，在考虑到数值模型的结构比例的情况下以及/或者基于数值模型的结构比例创建结构模型。术语“结构比例”指的是数值模型的数值网络的某些参数，这些参数定义数值网络的各个胞元的比例。结构比例例如可以是数值模型的数值网络的角点，特别是这些角点的坐标。优选基于数值模型的这些结构比例来创建结构模型。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0014]有利的是，通过至少一个特性张量、特别是刚度张量来表现目标特性和/或实际特性。
[0015]有利的是，结合数值模型来测定结构模型的机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0016]同样有利的是，结合数值模型将主体的有所改变的机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性与机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性进行对比。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0017]在本专利技术的一种有利的改进方案中，所述结构模型由多个胞元构成，这些胞元具有多个相互连接的结构元素，特别是面元素和/或晶格元素。这些晶格元素例如可以是优选在结点处相互连接的杆。
[0018]为了提高结构模型的优化程度，有利的是，改变至少一个特别是单独的结构元素、特别是至少一个胞元的至少一个结构元素参数。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。因此，深度受到影响和优化的不是整个胞元，而是胞元的至少一个特别是单独的结构元素。这样就能有利地实现具有优化的机械各向异性性能、热力学各向异性性能和/或空气动力学各向异性性能的胞元。
[0019]有利的是，以某种方式改变至少一个特别是单独的结构元素，使得其自身具有机
械各向异性特性、热各向异性特性和/或空气动力学各向异性特性。这样就能有利地更精确地影响和确定胞元的各向异性性能。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0020]就此而言，有利的是，在结构元素的纵向方向和/或其两个横向方向中的一个上改变至少一个参数、特别是结构元素参数。因此，优选可以以某种方式构建结构元素，使得这个结构元素的机械特性、热特性和/或空气动力学特性在其三个空间方向中的至少一个上特别是连续或可变地发生变化。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。
[0021]有利的是，作为结构元素参数，特别是在结构元素的三个空间方向中的一个上对这个结构元素的材料参数和/或几何参数进行改变。所述方法步骤优选至少部分地由用户手动实施以及/或者由计算单元自动实施。就此而言，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种创建主体(5)的虚拟三维结构模型(19)的方法，其包括以下步骤：
‑
根据所述主体(5)的几何模型(16)测定包络几何形状(25)和基础体积(26)；
‑
在考虑到所述包络几何形状(25)和/或所述基础体积(26)的情况下，创建所述主体(5)的至少一个数值模型(18)；
‑
对所述数值模型(18)施加至少一个变量(27)以及结合所述施加有至少一个变量(27)的数值模型(18)来确定所述主体(5)的目标特性(30)；
‑
创建结构模型(19)，所述结构模型定义所述主体(5)的实际特性(32)；以及
‑
对所述结构模型(19)进行迭代优化，用以使所述实际特性(32)适应所述目标特性(30)，其特征在于，在对所述结构模型(19)进行迭代优化时，通过改变所述结构模型(19)的至少一个参数(11、12、13)使所述主体(5)的至少一个机械实际特性、热实际特性和/或空气动力学实际特性(32)与所述主体(5)的机械目标特性、热目标特性和/或空气动力学目标特性(30)相匹配。2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，将所述数值模型(18)和/或所述结构模型(19)拟合到所述包络几何形状(25)中。3.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，在考虑到所述数值模型(18)的结构比例(33)的情况下以及/或者基于所述数值模型的结构比例创建所述结构模型(19)。4.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述结构模型(19)由多个胞元(7)构成，所述胞元具有多个相互连接的结构元素(9)，特别是面元素和/或晶格元素。5.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，改变至少一个单独的结构元素(9)的至少一个结构元素参数(11)。6.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，以某种方式改变所述至少一个单独的结构元素(9)，使得其具有机械各向异性特性、热各向异性特性和/或空气动力学各向异性特性。7.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，在所述结构元素(9)的纵向方向和/或横向方向上改变所述至少一个结构元素参数(11)。8.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，作为结构元素参数(11)，对所述结构元素(9)的材料参数(12)和/或几何参数(13)进行改变。9.根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，其特征在于，作为材料参数(12)，对所述结构元素(9)的密度、硬度、强度、弹性、延性、材料阻尼、热膨胀、热导...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：KTM科技有限公司，
类型：发明
国别省市：