[发明专利]一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法

权利要求书

1.一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据有限元分析结果绘制零件的力流场可视化图形；

2)根据力流场分别确定力流线以及主区域F_m和非主区域F_r；

3)对零件装夹区域A以及载荷施加区域B进行网格填充，并对主区域力流线进行修剪以及合并曲线，确定打印顺序形成最终的力流层Flayer，并输出单层打印路径；

4)将不同主载荷方向的力流层Flayer或混合其他填充线型层进行层间排列，并按层叠顺序逐一输出打印路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)设定零件的主受力方向并按照主受力方向与直角坐标系方向的关系构建计算机三维模型；

12)划分零件装夹区域A以及载荷施加区域B，确定约束边界Lb以及载荷边界或载荷点Lf；

13)设定试验参数进行有限元分析，得到有限元分析各节点的坐标(x,y)以及各节点对应的正应力σ_x和切应力τ_xy；

14)获取各节点的力流场方向，并绘制力流场可视化图形。

3.根据权利要求2所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤14)中，各节点的力流场方向通过公式tanθ＝τ_xy/σ_x计算获得，其中，θ为各节点的矢量方向角。

4.根据权利要求1所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)设定填充质量密度以及挤出头口径d，并根据施加的载荷类型确定起始点K；

22)设定步长精度Ls，从各个起始点K开始，按照力流场在各节点处矢量方向，通过步进迭代画出力流线S_m，该力流线S_m所填充区域作为主区域F_m；

23)在除主区域F_m外的非主区域F_r内随机撒点，依据力流场画出力流线S_r，按照非主区域F_r的受力强度设定线间隔对力流线进行筛选。

5.根据权利要求4所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤21)中，若施加的载荷为边界均布载荷fa，则在载荷边界Lf上均匀分布个起始点K；若施加的载荷为点载荷fp，则在受力点周围划定半径为r的小圆作为均布载荷边界，并按照均布载荷处理。

6.根据权利要求4所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤23)中，在主区域F_m和非主区域F_r内的力流线密集处，利用挤出因子δ控制挤出倍率，实现变挤出打印，防止丝材叠加。

7.根据权利要求1所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的步骤3)中，对零件装夹区域A以及载荷施加区域B进行网格填充具体为：

确定三维模型边界及所有填充线的分段长度Li，根据打印总体积Va与模型总体积V的比值反馈调节S_m和S_r的数量直至后进行网格填充。

8.根据权利要求7所述的一种基于力流管载荷路径的3D打印填充设计方法，其特征在于，所述的打印总体积Va的计算式为：

Va＝(πd²∑δ_iLi)/4

其中，δ_i为第i条填充线段的挤出因子。