[发明专利]生成部件网格的方法、部件网格的使用方法、计算机程序和计算机可读介质

说明书

本发明涉及一种用于产生部件(1)、特别是在增材制造构建工艺中逐层构建的部件(1)的部件网格(2)、尤其是部件(1)的分层部件网格(2)的方法，其中部件网格(2)能够用于模拟部件(1)和/或部件(1)的增材制造构建工艺，其中该方法包括以下步骤：a)提供由均匀形状的初始网格单元(5)组成的三维初始部件网格(4)，初始网格单元由初始网格节点(6)和在所述初始网格节点(6)之间延伸的初始网格边缘(7)组成；b)由至少一个切割平面(8)对初始部件网格(4)进行切分，使得初始网格单元(5)被分成至少两个所得网格单元(9)，其中在至少一个切割平面(8)与初始网格单元(5)的边缘(7)的交点处限定所得网格节点(10)；以及c)确定每个初始网格单元(5)相对于每个切割平面(8)的位置，并且因此确定哪个初始网格单元(5)被分成所得网格单元(9)和哪个初始网格单元不被分成所得网格单元，以及确定每个所得网格单元(9)的形状。本发明还涉及部件网格(2)的使用方法、计算机程序和计算机可读介质。

技术领域

本发明涉及一种用于生成部件的部件网格的方法，该部件网格可用于模拟该部件和/或该部件的增材制造构建工艺。

背景技术

现在已经知道一些方法，其中通过将部件的体积分成有限数量的单元，特别是四面体形状的单元，并由此离散部件的体积，来生成部件的部件网格。然而，使用这种方法只能相对不准确地再现部件的边界。

近年来，尤其是用于快速和成本有效地生产原型和最终产品的增材制造累积工艺(也称为生成制造或3D打印工艺)变得越来越重要。在术语快速原型法下总结的这些工艺尤其能够基于数字构造数据，尤其是部件的CAD数据直接生产单个部件。可以使用液体、条、丝和粉末原料进行生产，这就是为什么对部件几何形状和部件材料几乎没有限制的原因。由于逐层生产，可以用这些方法生产以前无法达到的几何形状。

在金属粉末原材料的情况下，主要已知两组增材制造构建工艺。这些方法一方面是基于粉末床熔融的构建工艺，例如选择性激光熔融(“SLM”)工艺或选择性电子束熔融(“SEBM”)工艺，另一方面是粉末进料工艺，例如激光材料沉积(“LMD”)工艺。

在SLM工艺中，将待处理的金属粉末以薄层形式施加到构建平台上，然后使用激光辐射局部地完全熔化，使得其在固化之后形成固体材料层。为了能够在层中制造期望的部件，因此将构建平台降低一层厚度的量，再次施加金属粉末，然后将激光束引导到新的金属粉末层上。重复该过程直到完成所需的部件为止。SEBM工艺几乎与SLM工艺相同，除了使用电子束而不是激光辐射来熔化金属粉末。

除了已经提到的工艺之外，还存在其中使用等离子体喷射熔化金属粉末的工艺，这仅仅是一个示例。

在将在增材制造构建工艺中逐层构建的部件的情况下，已知通过用四面体形状的单元逐层构建部件网格而产生分层部件网格，即由几个网格层组成的部件网格的方法。在这样的方法中使用的网格化算法基本上是自动的，但是经常失败。在自动网格化算法失效的情况下，需要人工操作，这需要对所使用的网格化技术有很好的了解。例如，可能需要全局地修改层数或局部地修改一些层的厚度。问题是无法预测失效。因此，在不保证成功的情况下，网格化任务可以变成冗长的试错操作。此外，所使用的网格化算法包含为何网格化算法相对较慢的许多浮点运算。总之，用于生成分层部件网格的已知方法是资源密集型的。

部件网格尤其可用于模拟相应部件和/或相应部件的增材制造构建工艺，尤其是基于有限元法(“FEM”)。例如，已知对增材制造构建工艺进行热、机械和/或热机械模拟。这允许在随后的构建工艺中获得关于热问题的信息，并捕获可能由于增材制造构建工艺中的复杂热机械工艺而产生的变形的预览。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于产生部件网格的替代方法，该方法不具有现有技术的方法的缺点。

该目的通过一种用于产生部件、特别是在增材制造构建工艺中逐层构建的部件的部件网格、尤其是部件的分层部件网格的方法来解决，其中该部件网格可用于模拟该部件和/或该部件的增材制造构建工艺，其中该方法包括以下步骤：