CN110083878A

CN110083878A - 一种个性化支撑结构的制备方法及制备装置

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Publication number: CN110083878A
Application number: CN201910256558.9A
Authority: CN
Inventors: 李斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明提供了一种个性化支撑结构的制备方法及制备装置，该制备方法包括：获取空间结构信息，根据空间结构信息构建预制个性化支撑结构的空间结构并划分为多个承重空间；获取每一承重空间内的虚设辅助点的预设数量并分布定位；计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线，沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸；将连接管的交接处的外表面和内表面分别转变成catmull‑clark细分曲面，得到个性化支撑结构模型。本发明参考仿生学制备镂空的个性化支撑结构，在达到相同的承重效果的情况下可以减轻重量和减少不必要的材料使用，避免浪费，而且可以根据需要制备具有不同承重部位或不同反弹效果部位的承重结构。

Description

一种个性化支撑结构的制备方法及制备装置

技术领域

本发明涉及仿生结构技术领域，特别涉及一种个性化支撑结构的制备方法及制备装置。

背景技术

传统的减材制造由于受到传统生产的限制内部结构只能是实心的，在受力处与不受力处的材料密度是相同的，这样会造成材料的浪费且无法根据需求进行个性化定制。

另外，传统的鞋业中的鞋中底为了穿着舒服，根据需要将具有不同应力效果和反弹效果的材料拼接形成鞋中底，工艺复杂，工作效率低，成本高。而且鞋中底只有尺寸的差别，鞋中底整体的每一个位置的反弹效果都是一样的，但每个人的体重、身高、运动习惯是不同，无法达到因人而异的需求。

发明内容

本发明针对现有技术中的减材制造中浪费材料、无法实现个性化定制的问题，提供了一种个性化支撑结构的制备方法及制备装置。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：一种个性化支撑结构的制备方法，包括：

A、获取预制个性化支撑结构所占空间的空间结构信息，根据空间结构信息构建预制个性化支撑结构的空间结构并划分为多个承重空间；

B、获取每一所述承重空间内的虚设辅助点的预设数量，在每一所述承重空间内将预设数量的虚设辅助点分布定位；

C、根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线；

D、沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸；

E、在所述连接管的交接处的外表面和内表面分别利用建模软件转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的3D建模的个性化支撑结构模型。

在本发明的制备方法中，步骤D还包括：获取所述连接管的壁厚与所述连接管的外径，在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节。

在本发明的制备方法中，在步骤E之后还包括步骤F：按照所述个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

在本发明的制备方法中，在步骤B中，每一所述承重空间内的辅助点的数量至少是两个。

本发明还提供了一种个性化支撑结构的制备装置，包括终端，所述终端包括：

空间划分模块，用于获取预制个性化支撑结构所占空间的空间结构信息，根据空间结构信息构建预制个性化支撑结构的空间结构并划分为多个承重空间；

虚设辅助点分布模块，连接所述空间划分模块，用于获取每一所述承重空间内的虚设辅助点的预设数量，在每一所述承重空间内将预设数量的虚设辅助点随机分布定位；

计算模块，连接所述虚设辅助点分布模块，用于根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线；

连接管构建模块，连接所述计算模块，用于沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸；

细分曲面转变模块，连接所述连接管构建模块，用于在所述连接管的交接处的外表面和内表面分别利用建模软件转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的3D建模的个性化支撑结构模型。

在本发明的制备装置中，所述连接管构建模块还用于获取所述连接管的壁厚与所述连接管的外径，在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节。

在本发明的制备装置中，所述制备装置还包括：3D打印机，连接所述终端，用于按照所述个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

在本发明的制备装置中，每一所述承重空间内的辅助点的数量至少是两个。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明参考仿生学制备镂空的个性化支撑结构，在达到相同的承重效果的情况下可以减轻重量和减少不必要的材料使用，避免浪费，而且可以根据需要制备具有不同承重部位或不同反弹效果部位的承重结构，比如利用本发明的制备方法制备鞋底，可以根据需求直接制备出具有不同应力部位的完整鞋底，无需拼接，省时省力，本发明的个性化支撑结构的制备方法及制备装置还可应用在各种有需要承重和减重的地方，如建筑、汽车、航天、医疗(骨骼)等。

附图说明

图1是本发明的个性化支撑结构的制备方法的流程示意图；

图2是本发明的个性化支撑结构的制备装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明较佳实施例1提供了一种个性化支撑结构的制备方法，参见图1，包括如下步骤：

S1、获取预制个性化支撑结构所占空间的空间结构信息；该空间结构信息包括空间形状、空间体积等等；根据空间结构信息利用建模软件构建预制个性化支撑结构的空间结构并划分为多个承重空间；其中建模软件比如可以是犀牛建模软件(Rhino3d)等；

S2、获取每一个承重空间内的虚设辅助点的预设数量，在每一个承重空间内将预设数量的虚设辅助点在各自的承重空间内利用建模软件分布定位；这里的“分布定位”是指参考仿生结构内的“哪里需要去哪里”的原则，虚设辅助点的排列顺序接近等同距离的随机排布；其中，辅助点越多，则预制个性化支撑结构更加致密，提高承重能力；辅助点越少则反之；进一步地，每一个承重空间内的辅助点的数量至少是两个；另外，在每一个承重空间内将预设数量的虚设辅助点在各自的承重空间内优选利用犀牛建模软件内的可视化参数化编程grasshopper分布定位；

S3、根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线；

S4、利用建模软件沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸；其中建模软件比如可以是犀牛建模软件(Rhino3d)等；

进一步地，获取连接管的壁厚与连接管的外径，并在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节；当连接管的壁厚与连接管的外径的比值＝1时，连接管相当于是实心的；当连接管的壁厚与连接管的外径的比值＜1时，连接管相当于具有空心；连接管的壁厚以及连接管的外径可以影响预制个性化支撑结构的承重能力或反弹能力等；需要说明的是，这里的连接管的外径是指连接管的外半径；

S5、在连接管的交接处的外表面和内表面分别利用建模软件转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的3D建模的个性化支撑结构模型；其中，连接管的交接处的外表面和内表面分别优选利用犀牛建模软件内的可视化参数化编程grasshopper转变成catmull-clark细分曲面；

S6、按照所述个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

下面举例说明，比如获取预制鞋中底的空间形状和空间体积，构建预制鞋中底的空间结构，将预制鞋中底的空间结构分成三个承重空间，在三个承重空间内根据预设数量的虚设辅助点在各自的承重空间内利用grasshopper软件将虚设辅助点参数分布定位，根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线，沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸，调节连接管的壁厚和外径，在连接管的交接处的外表面和内表面分别利用grasshopper转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的鞋中底，将鞋中底通过3D打印机打印输出，简单方便。

实施例2

本发明较佳实施例2提供了一种个性化支撑结构的制备装置，适用于实施例1所示的个性化支撑结构的制备方法，参见图2，该制备装置包括终端1和3D打印机2，终端1包括：

空间划分模块11，用于获取预制个性化支撑结构所占空间的空间结构信息，根据空间结构信息利用建模软件构建预制个性化支撑结构的空间结构并划分为多个承重空间；该空间结构信息包括空间形状、空间体积等等；其中建模软件比如可以是犀牛建模软件(Rhino3d)等；

虚设辅助点分布模块12，连接空间划分模块11，用于获取每一个承重空间内的虚设辅助点的预设数量，在每一个承重空间内将预设数量的虚设辅助点利用建模软件分布定位；这里的“分布定位”是指参考仿生结构内的“哪里需要去哪里”的原则，虚设辅助点的排列顺序接近等同距离的随机排布；其中，辅助点越多，则预制个性化支撑结构更加致密，提高承重能力；辅助点越少则反之；进一步地，每一个承重空间内的辅助点的数量至少是两个；另外，在每一个承重空间内将预设数量的虚设辅助点在各自的承重空间内优选利用犀牛建模软件内的可视化参数化编程grasshopper分布定位；

计算模块13，连接虚设辅助点分布模块12，用于根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，计算确定相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线；

连接管构建模块14，连接虚设辅助点分布模块13，用于利用建模软件沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸；其中建模软件比如可以是犀牛建模软件(Rhino3d)等；

进一步地，连接管构建模块14还用于获取连接管的壁厚与连接管的外径，并在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节；而且当连接管的壁厚与连接管的外径的比值＝1时，连接管相当于是实心的；当连接管的壁厚与连接管的外径的比值＜1时，连接管相当于具有空心；连接管的壁厚以及连接管的外径可以影响预制个性化支撑结构的承重能力或反弹能力等；需要说明的是，这里的连接管的外径是指连接管的外半径；

细分曲面转变模块15，连接连接管构建模块14，用于在连接管的交接处的外表面和内表面分别利用建模软件转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的3D建模的个性化支撑结构模型；其中，连接管的交接处的外表面和内表面分别优选利用犀牛建模软件内的可视化参数化编程grasshopper转变成catmull-clark细分曲面；

3D打印机2，连接终端1，具体是连接细分曲面转变模块14，用于按照个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

下面举例说明，比如，利用空间划分模块11获取预制鞋中底的空间形状和空间体积，构建预制鞋中底的空间结构并将预制鞋中底的空间结构分成三个承重空间，利用虚设辅助点分布模块12在三个承重空间内分别根据预设数量的虚设辅助点在各自的承重空间内利用grasshopper将预设数量的虚设辅助点分布定位，利用计算模块13根据泰森多边形(voronoi)的计算方法，将相邻的两个辅助点之间的连线的中垂线，利用连接管构建模块14沿着中垂线的方向延伸构造形成连接管，相互交接的连接管在交接处终止延伸，调节连接管的壁厚和外径，利用细分曲面转变模块15在连接管的交接处的外表面和内表面分别利用grasshopper转变成catmull-clark细分曲面，得到由连接管构成的整体鞋中底，将鞋中底通过3D打印机打印输出，简单方便。

综上所述，本发明参考仿生学制备镂空的个性化支撑结构，在达到相同的承重效果的情况下可以减轻重量和减少不必要的材料使用，避免浪费，而且可以根据需要制备具有不同承重部位或不同反弹效果部位的承重结构，比如利用本发明的制备方法制备鞋中底，可以根据需求直接制备出具有不同承重部位的鞋中底，无需拼接，省时省力，最终通过3D打印机输出得到想要的个性化支撑结构，灵活方便。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是：上述实施例提供的个性化支撑结构的制备装置在实现个性化支撑结构的制备方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的个性化支撑结构的制备装置与个性化支撑结构的制备方法的实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种个性化支撑结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D还包括：获取所述连接管的壁厚与所述连接管的外径，在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤E之后还包括步骤F：按照所述个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤B中，每一所述承重空间内的辅助点的数量至少是两个。

5.一种个性化支撑结构的制备装置，其特征在于，包括终端，所述终端包括：

虚设辅助点分布模块，连接所述空间划分模块，用于获取每一所述承重空间内的虚设辅助点的预设数量，在每一所述承重空间内将预设数量的虚设辅助点分布定位；

6.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述连接管构建模块还用于获取所述连接管的壁厚与所述连接管的外径，在所述连接管的壁厚与所述连接管的外径的比值≤1的范围内调节。

7.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括：3D打印机，连接所述终端，用于按照所述个性化支撑结构模型将个性化支撑结构模型通过3D打印机打印输出。

8.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于，每一所述承重空间内的辅助点的数量至少是两个。