CN113239420B - 3d打印产品轻量化设计方法及3d打印产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品。所述3D打印产品采用3D打印产品轻量化设计方法生产。其中3D打印产品轻量化设计方法包括下述步骤：检查并修复处理模型；对修复模型进行抽壳操作；将抽壳模型分为外模型与内模型；分别对外模型与内模型进行抽壳操作获取外壳模型与内壳模型；将外壳模型进行拆分处理并设计连接结构；根据3D打印产品轮廓设计加强筋；对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋；将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体。所述3D打印产品轻量化设计方法生产的3D打印产品重量较轻、生产周期较短、便于安装。

Description

3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断提高，对生活环境也越来越重视。艺术品、雕塑、构件等作为装饰与美化环境的重要组成部分，在装饰美化城市环境的同时，体现不同的人文气息与思想内涵，受到广大人民群众的喜爱与重视。传统雕塑、装饰构件采用石材加工、模具翻制等工艺制作而成，加工周期长、原材料浪费大、制作过程污染大，并且通常产品重量大，而导致搬运困难、对位不便，存在安全性问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中的装饰构件等产品由于生产材料和生产工艺所限，导致产品质量大、生产周期长，安装困难等问题，提供一种产品重量较轻、生产周期较短、便于安装的3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品。

一种3D打印产品轻量化设计方法，包括下述步骤：检查并修复处理模型；对修复模型进行抽壳操作；将抽壳模型分为外模型与内模型；分别对外模型与内模型进行抽壳操作获取外壳模型与内壳模型；将外壳模型进行拆分处理并设计连接结构；根据3D打印产品轮廓设计加强筋；对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋；将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体。

在其中一个实施例中，所述将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体的步骤之后还包括：将轻量化壳体的背部切除。

在其中一个实施例中，所述将外壳模型进行拆分处理的步骤包括下述步骤：选择外壳模型的拆分面，将外壳模型拆分为若干零部件；依次将各零部件与内壳模型进行布尔差集运算获取拆分部件模型。

在其中一个实施例中，所述将外壳模型进行拆分处理的步骤中包括：采用切割命令输入拆分处理参数：槽口高度：15mm～20mm，偏移：15mm～20mm，间隙：5mm～10mm，将外壳模型拆分为若干零件部件。

在其中一个实施例中，选择各所述零件部件的连接面，设计平行于连接面凸台结构。

在其中一个实施例中，所述凸台结构上设计有直径10mm～16mm的穿孔。

在其中一个实施例中，所述凸台结构为角形件。

在其中一个实施例中，所述检查并修复处理模型的步骤中包括下述步骤：检查模型的三角面片、壳体、重叠三角面片以及交叉三角面片中至少一项，并进行综合修复。

在其中一个实施例中，所述对修复模型进行抽壳操作的步骤中：外模型与内模型的抽壳壁厚为12mm～20mm。

一种3D打印产品，所述3D打印产品采用任一项实施例的所述的3D打印产品轻量化设计方法生产。

上述3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品，通过对3D打印产品的抽壳模型做分离处理后得到内模型和外模型，并进一步通过对内模型和外模型进行再次抽壳处理，有效减轻3D打印产品重量；并通过设计随型加强筋与外壳膜模型进行合集处理从而保证了3D打印产品的强度，有效提升了产品使用安全性；与此同时还通过设计连接结构，从而方便安装定位，提升安装效率。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一实施方式中，一种3D打印产品轻量化设计方法，包括下述步骤：

检查并修复处理模型；

对修复模型进行抽壳操作；

将抽壳模型分为外模型与内模型；

分别对外模型与内模型进行抽壳操作获取外壳模型与内壳模型；

将外壳模型进行拆分处理并设计连接结构；

根据3D打印产品轮廓设计加强筋；

对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋；

将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体。

一种3D打印产品，所述3D打印产品采用3D打印产品轻量化设计方法生产。

上述3D打印产品轻量化设计方法及3D打印产品，通过对3D打印产品的抽壳模型做分离处理后得到内模型和外模型，并进一步通过对内模型和外模型进行再次抽壳处理，有效减轻3D打印产品重量；并通过设计随型加强筋与外壳膜模型进行合集处理从而保证了3D打印产品的强度，有效提升了产品使用安全性；与此同时还通过设计连接结构，从而方便安装定位，提升安装效率。

下面结合具体实施例对所述一种3D打印产品轻量化设计方法进行说明，以进一步理解一种3D打印产品轻量化设计方法的发明构思。一种3D打印产品轻量化设计方法，包括下述步骤：

S110:检查并修复处理模型；

在其中一实施例中，所述检查并修复处理模型的步骤中包括下述步骤：检查模型的三角面片、壳体、重叠三角面片以及交叉三角面片中至少一项，并进行综合修复。

即，对初步设计出的3D打印产品设计模型需要做一些细节进行检查和优化处理，比如说对模型的坏边、三角面片等设计参数进行修改，从而保证打印时，能够保证打印的设计模型无缺陷。

S120:对修复模型进行抽壳操作；

具体地，在本步骤中对具有整体结构的修复模型进行整体抽壳处理，这样可以初步对打印产品重量做减轻处理。壳体壁厚按照下述参数规格操作。

在其中一实施例中，所述对修复模型进行抽壳操作的步骤中：外模型与内模型的抽壳壁厚为12mm～20mm。具体地，根据产品设计尺寸范围按照下表进行选择壳体后壁。

表1

产品最大轮廓尺寸/mm	0～300	300～500	500～800
				壳体壁厚/mm	12	15	20

S130:将抽壳模型分为外模型与内模型；

具体地，使用零件分离操作，将抽壳后的整体模型分离为两个零件，形成外模型与内模型两个零件。进一步地，将内模型进行复制。这样，通过复制内模型，可以便捷、快速地进行布尔运算，从而获取随形加强筋。

S140:分别对外模型与内模型进行抽壳操作获取外壳模型与内壳模型；

即，对初步抽壳后的外模型与内模型再次做抽壳操作。其中，外壳模型的壁厚参照表1进行，内壳模型的壳体壁厚参阅15mm～21mm。这样，通过分别对内模型和外模型做进一步的抽壳处理后，并通过多次试验测试对外壳模型与内壳模型的壳壁选择不同的厚度参数，使得3D打印产品在保证强度的同时，其重量再次得到降低。

S150:将外壳模型进行拆分处理并设计连接结构；

具体地，通过选择不同视角，调整拆分面，使用切割命令将外壳模型进行拆分为若干零件部件。

在其中一实施例中，所述将外壳模型进行拆分处理的步骤中包括：

采用切割命令输入拆分处理参数：槽口高度：15mm～20mm，偏移：15mm～20mm，间隙：5mm～10mm，将外壳模型拆分为若干零件部件。

在其中一实施例中，选择各所述零件部件的连接面，设计平行于连接面凸台结构。在一具体实施例中，凸台结构尺寸为150*100*20mm。

在其中一实施例中，所述凸台结构上设计有直径10mm～16mm的穿孔。

在其中一个实施例中，所述凸台结构为角形件。其中，角形件包括T形角形件。

这样，通过采用上述技术手段设计凸台结构，从而更加方便打印产品安装定位，有效提升了安装效率。

S160:根据3D打印产品轮廓设计加强筋；

具体地，根据产品轮廓尺寸绘制加强筋，加强筋设计参照表2进行。

表2

产品最大轮廓尺寸/mm	0～300	300～500	500～800
				加强筋尺寸-宽度/mm	/	25	40
加强筋间距/mm	/	200	300
				加强筋厚度/mm	/	15	20

通过按照上述3D打印产品轮廓的尺寸，对应发明人经过3D实验室多次验证试验得到上述设计尺寸，使得设计加强筋结构稳定。

S170:对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋；

即，采用布尔交集运算，将内壳模型与加强筋进行运算后得到随型加强筋。其中，随型加强筋是指根据3D打印产品轮廓结构适应性地设计加强筋，相较于常规加强筋设计而言，随型加强筋更加有利于保证抽壳处理的3D打印产品的结构稳定性。需要说明的是，布尔交集运算指的是运算出两个物体交互的公共部分

在其中一优选实施例中，所述对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋的步骤之后还包括：对随型加强筋进行包裹处理。进一步地，所述包裹处理包括对所述随型加强筋进行加厚处理。更进一步地，对所述随型加强筋的加厚处理的厚度处理范围为0.2mm～1.3mm。需要说明的是，所述包裹处理是一操作命令。即，通过对随型加强筋包裹一定厚度，从而使得随型加强筋轮廓厚度变厚，以保证产品结构稳定性，使用安全性。这样，通过对随型加强筋的包裹一定厚度，从而使得随型加强筋轮廓厚度变厚，与外壳模型进行布尔合集运算时，保证两者融合度，避免模型内部中空缺陷以提升模型完整性，保证产品打印致密度，以及保证产品后期搬运、安装过程稳固性的优势。

S180:将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体。即，随型筋与外壳模型进行合并处理，从而获得轻量化3D打印产品设计最终结构造型，并输入到3D打印程序文件中执行3D打印。需要说明的是，布尔合集运算，指的是运算两个交互物体加和。

上述实施例的3D打印产品轻量化设计方法，尤其适用于圆雕类打印产品的设计。通过对3D打印产品的抽壳模型做分离处理后得到内模型和外模型，并进一步通过对内模型和外模型进行再次抽壳处理，有效减轻3D打印产品重量；并通过设计随型加强筋与外壳膜模型进行合集处理从而保证了3D打印产品的强度，有效提升了产品使用安全性；与此同时还通过设计连接结构，从而方便安装定位，提升安装效率。

在其中一实施例中，所述将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体的步骤之后还包括：将轻量化壳体的背部切除。

即，对设计好的具有壳体结构的3D打印产品模型进一步通过做背部切除处理步骤，使得其适用于对浮雕类产品的打印生产。

在其中一实施例中，一种3D打印产品，采用上述任一项实施例的3D打印产品轻量化设计方法生产。

所述3D打印产品，通过对3D打印产品的抽壳模型做分离处理后得到内模型和外模型，并进一步通过对内模型和外模型进行再次抽壳处理，有效减轻3D打印产品重量；并通过设计随型加强筋与外壳膜模型进行合集处理从而保证了3D打印产品的强度，并进一步通过做背部切除处理，使其符合浮雕类打印产品的打印，有效提升了产品使用安全性；同时还通过设计连接结构，从而方便安装定位，提升安装效率。

在一具体实施例中，针对圆雕类的石榴雕塑进行打印，该石榴雕塑的尺寸为2000*1800*1800，工艺设计要求：壳体打印，分块数量：15块，加强结构：内部加强筋，定位结构：凸台定位，连接结构：螺栓孔连接。具体石榴雕塑的3D打印产品轻量化设计方法包括下述步骤：

步骤1，模型修复：石榴雕塑进行模型修复处理；

步骤2，抽壳：依据3D砂模工艺结构设计规范，进行抽壳20mm，获得壳体；

步骤3，分离壳体：分离壳体获得外模型和内模型；

步骤4，内外模型抽壳：再次对内模型、外模型抽壳，内模型、外模型均抽壳20mm；

步骤5，结构设计：外壳模型进行拆分处理，并设计凸台定位结构；

拆分处理工艺：槽口高度--20mm，偏移--20mm，间隙--5mm，获得15块壳体部件；并于平行拼接面设计150*100*20mm连接凸台，及10mm螺栓孔。

步骤6，设计加强筋：依据3D砂模工艺结构设计规范设计加强筋：宽度25mm，间距200mm，厚度15mm。

步骤7，交集：加强筋与内壳模型交集处理，获得随型加强筋；

步骤8，并集：随型加强筋与外壳模型合并，获得轻量化壳体。

在一具体实施例中，针对浮雕类的西夏古城进行打印，该西夏古城工艺设计：壳体打印，分块数量：9块，加强结构：内部筋条，定位结构：T型卡槽，连接结构：T型角件。

步骤1，模型修复：西夏古城浮雕进行模型修复处理；

步骤2，抽壳：依据3D砂模工艺结构设计规范，进行抽壳15mm，获得壳体；

步骤3，分离壳体：分离壳体获得外模型和内模型；

步骤4，内外模型抽壳：再次对内模型、外模型抽壳，外模型抽壳15mm，内模型抽壳20mm；

步骤5，结构设计：外模型壳体进行拆分处理，并设计T型卡槽定位；连接结构：60*20*6mm；获得9块壳体部件；

步骤6，筋条：依据3D砂模工艺结构设计规范，设计加强筋：宽度40mm，间距300mm，厚度20mm。

步骤7，交集：加强筋与内壳模型交集处理，获得随型筋。

步骤8，并集：随型筋与外壳模型合并，获得轻量化壳体。

步骤9，背部切除：轻量化壳体背部切除15mm，浮雕呈开放态。

上述实施例的3D打印产品轻量化设计方法，通过对3D打印产品的抽壳模型做分离处理后得到内模型和外模型，并进一步通过对内模型和外模型进行再次抽壳处理，有效减轻3D打印产品重量；并通过设计随型加强筋与外壳膜模型进行合集处理从而保证了3D打印产品的强度，有效提升了产品使用安全性；与此同时还通过设计连接结构，从而方便安装定位，提升安装效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：

检查并修复处理模型；

对修复模型进行抽壳操作；

将抽壳模型分为外模型与内模型；

分别对外模型与内模型进行抽壳操作获取外壳模型与内壳模型；

将外壳模型进行拆分处理并设计连接结构；

对内壳模型与设计加强筋进行布尔交集运算获取随型加强筋；

对随型加强筋进行包裹处理；所述包裹处理包括对所述随型加强筋进行加厚处理；

将外壳模型与随型加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体。

2.根据权利要求1所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述将外壳模型与随型加强加强筋进行布尔合集运算获取轻量化壳体的步骤之后还包括：将轻量化壳体的背部切除。

3.根据权利要求1所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述将外壳模型进行拆分处理的步骤包括下述步骤：选择外壳模型的拆分面，将外壳模型拆分为若干零部件；依次将各零部件与内壳模型进行布尔差集运算获取拆分部件模型。

4.根据权利要求1所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述将外壳模型进行拆分处理的步骤中包括：采用切割命令输入拆分处理参数：槽口高度：15mm～20mm，偏移：15mm～20mm，间隙：5mm～10mm，将外壳模型拆分为若干零件部件。

5.根据权利要求4所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，选择各所述零件部件的连接面，设计平行于连接面凸台结构。

6.根据权利要求5所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述凸台结构上设计有直径10mm～16mm的穿孔。

7.根据权利要求5所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述凸台结构为角形件。

8.根据权利要求1所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述检查并修复处理模型的步骤中包括下述步骤：检查模型的三角面片、壳体、重叠三角面片以及交叉三角面片中至少一项，并进行综合修复。

9.根据权利要求1所述的3D打印产品轻量化设计方法，其特征在于，所述对修复模型进行抽壳操作的步骤中：外模型与内模型的抽壳壁厚为12mm～20mm。

10.一种3D打印产品，其特征在于，所述3D打印产品采用权利要求1至9中任一项所述的3D打印产品轻量化设计方法生产。