[发明专利]孔隙特性可控和模量匹配的多孔结构建模方法及制备方法

说明书

本发明公开了一种孔隙特性可控和模量匹配的多孔结构建模方法，包括以下步骤：1)设定所述多孔结构特征；2)建立特征曲线；3)建立连续曲面；4)曲面加厚。本发明的建模方法通过严格的参数函数，建立边界曲线，只需在自定义工具中输入需要的胞元所在的正方体空间边长值和厚度值，模型会自动更新最新的参数，无需从第一步开始重复调整，具有非常自由的可调性。

技术领域

本发明涉及一种建模方法，特别是涉及一种孔隙特性可控和模量匹配的多孔结构建模方法及制备方法。

背景技术

在航空航天、生物植入等领域，对零件、植入物都有着轻质化的要求，在生物植入方面，植入物在满足力学要求的同时，有高孔隙率以诱导细胞生长修复的需求。但现有的孔隙结构材料存在孔隙率难精确控制、生产成本高等缺陷。究其原因，其中之一是在结构建模时困难。现有技术中建模一般采取两种方法：一是在空间取结构边界上的特征点，用这些特征点拟合出多项式曲线，再用曲线近似拟合曲面的方法；二是利用结构得数学公式直接得出多孔结构在空间中的多个离散点点云，通过点云逆向求解的方法，得到该多孔结构的小平面特征，进而进行建模及加工。对于前者，由于特征点的量太少，通过特征点拟合出来的曲线与目标多孔结构曲线误差较大，且需要不同尺寸的模型的时候，需要重新取特征点，再拟合曲线曲面，步骤复杂耗时；对于后者，精度比较高，但是缺点是由点云逆向求得的结构是由各点连接而成的小平面特征组成的，而非平滑的曲面特征，无法进行后期的再修改，只能作为加工的模型。

因此本领域技术人员致力于开发一种可根据材料受力需求、方便简单、孔隙率自由可调的多孔结构建模方法，实现模量匹配、材料减重、高孔隙率的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可根据材料受力需求、方便简单、孔隙率自由可调的多孔结构建模方法，实现模量匹配、材料减重、高孔隙率的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种孔隙特性可控和模量匹配的多孔结构建模方法，包括以下步骤：

1)设定所述多孔结构特征

设定所述多孔结构胞元所在的正方体空间边长为L,该结构满足关系式：

其中，x、y、z代表坐标值，t控制该结构的几何形态参数；

2)建立特征曲线：

采用三维软件建模，取t值为0，令L＝2a确定所述多孔结构的几何形态，得方程式：

其中x∈(-a,a)、y∈(-a,a)、z∈(-a,a)；

画出处于x＝a平面上的三条特征曲线；

①画出第一特征曲线：

已知L∈(-a,a)，长度L＝2a，且处于x＝a的平面上，将x＝a带入式(2)，可得：

根据式(3)可得

将式(5)化作参数方程，引入θ，令θ∈(0,1)

因为y∈(-a,a)，令y＝2×θ×a-a,带入式(5)得：

因此，第一特征曲线可由下列参数方式表示：

根据式(7)采用三维软件，用参数曲线建模，可作出第一特征曲线；

②画出第二特征曲线：