[发明专利]一种面向3D打印的物体内部结构优化方法

权利要求书

1.一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)计算初始给定的实心模型S的应力分布SM(S，F)，确定目标优化函数的参数值，并将其初始化；

(2)根据计算得到的应力分布，进行重心Voronoi分割，得到α个Voronoi分割区域单元c＝{c₁,…c_i,…,c_α}，计算分割区域单元Harmonic场的等值曲面；

(3)将Voronoi分割区域单元中等值曲面内的部分挖空，建立新的实心模型S′，令S＝S′，重新计算其应力分布；

(4)根据新的应力分布，对比每个Voronoi分割区域单元，如果每个Voronoi单元内部都没有大于屈服点的应力点，转到(7)；如果Voronoi分割区域单元中有大于屈服点的应力点且该分割区域单元Harmonic场的等值面与每轮迭代等值面系数的减少步长的差值小于每轮迭代的等值面系数阈值，则转到步骤(5)；如果Voronoi分割区域单元中有大于屈服点的应力点且该分割区域单元Harmonic场的等值面与每轮迭代等值面系数的减少步长的差值不小于每轮迭代的等值面系数阈值，否则，转到步骤(6)；

(5)将S内的相邻且等值面参数一样的单元合并，产生新的Voronoi分割区域单元，新的单元的等值面系数不变，转到步骤(3)；

(6)减小该分割区域单元Harmonic场的等值面，增加该Voronoi分割区域单元的材料；转到步骤(3)；

(7)根据Voronoi分割区域单元，将各个单元内等值面内的部分挖空，得到新的模型，将该模型输出。

2.如权利要求1所述的一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，其特征是：所述步骤(1)中，应力分布SM(S，F)的计算方法，具体包括以下步骤：

(1-1)将实心模型S四面体化；

(1-2)对四面体化后的模型进行有限元分析，得到模型内部的应力分布。

3.如权利要求1所述的一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，其特征是：所述步骤(2)中，重心Voronoi分割的具体方法，包括以下步骤：

(2-1)在S内部使用误差扩散的方法(error diffusion)来生成α个初始站点，这样在应力大的区域分布的站点数多于应力小的地方，使得站点的分布与应力分布相匹配；

(2-2)根据公式Vor(ci)={x∈S|||x-ci||≤||x-cj||,∀j≠i},]]>用Lloyd方法计算重心Voronoi分割，其中，i＝1,…,α；j＝1,…,α；χ为特定材料的屈服点。

4.如权利要求3所述的一种面向3D打印的物体内部结构优化方法，其特征是：所述步骤(2-1)具体包括以下步骤：

(2-1-a)在S内部随机分布一个点p；

(2-1-b)定义点p关于p点处应力值的接受概率函数，该函数与p点处的应力值成正比，并通过随机数生成来判定点p是否被接受；

(2-1-c)重复(a)(b)过程，直至有α个点被接受，即生成了α个初始站点。