CN114556437A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
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：
a)提供由均匀形状的初始网格单元组成的三维初始部件网格，初始网格单元由初始网格节点和在初始网格节点之间延伸的初始网格边缘组成；
b)通过至少一个切割平面对初始部件网格进行切分，使得初始网格单元被分成至少两个所得网格单元，其中在至少一个切割平面与初始网格单元的边缘的交点处限定所得网格节点；以及
c)确定每个初始网格单元相对于每个切割平面的位置，并因此确定哪个初始网格单元被分成所得网格单元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的形状。
换言之，本发明的基本思想是通过使用由初始网格单元构成的初始部件网格来生成部件的部件网格，该初始网格单元可以从部件的数字构造数据(尤其是CAD数据)中获得，或者具体地基于这些数字构造数据来生成，并且通过至少一个切割平面来对初始部件网格进行切分。这样，初始网格单元被分成至少两个所得网格单元，其形状被确定。结果，所得到的部件网格的所有单元的形状是已知的。本发明的方法可以完全自动化地进行并且不需要任何手动操作。在一个示例中，本发明的方法不需要比初始部件网格和要创建的网格层的数量更多的输入。各层的厚度可以从一层到另一层变化而不失一般性。此外，与已知方法相比，本发明方法更快。例如，在Intel Xeon E5-2680处理器上在具有2百万个单元的网格中创建150个层要花费大约15秒。因此，在磁盘上保存新网格比创建新网格花费更多时间。与已知方法的网格化算法相比，本发明方法中使用的算法可以包含更少的浮点运算。与已知方法相比，这有助于本发明方法的更高速度。
根据本发明，步骤b)包括通过彼此平行延伸并且尤其地彼此均匀地间隔开的多个切割平面来对初始部件网格进行切分，以产生由彼此叠加的多个网格层组成的部件网格。部件网格可以由超过100个网格层组成，尤其是在100和200个网格层之间，特别是100个网格层。
步骤b)可包括选择切割平面之间的距离，使得每个初始网格单元被最多切割三次，尤其是最多切割两次。
在优选实施例中，步骤a)包括提供由四面体形状的网格单元组成的四面体网格，每个网格单元具有四个初始网格节点。
优选地，步骤c)包括为每个初始网格单元计算表示初始网格单元相对于切割平面的位置的一个或多个切割代码cc。
在步骤c)中计算与特定切割平面相关的初始网格单元的切割代码cc可以包括：
-创建表示初始网格单元的初始网格节点的i个字符nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i、诸如数字或字母的未排序列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i}；
-向每个初始网格节点分配切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i，其中在特定切割平面下方的初始网格节点被分配切割索引0，在特定切割平面中的初始网格节点被分配切割索引1，并且在特定切割平面上方的初始网格节点被分配切割索引2；
-创建i个切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i的未排序列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i}；
-以升序对列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i}的切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i进行排序以创建排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i}并且对列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i}的字符nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i进行重排列以创建排序列表ns＝{ns,1,ns,2,ns,3,...,ns,i}，其根据排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i}进行排序；以及
-使用排序切割索引ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i来计算切割代码cc。
每个切割平面由它的一个点和它的法向量定义，并确定两个半空间。根据一个可能的定义，相对于切割平面的法向矢量位于切割平面一侧上的点被称为在切割平面上方，而位于另一侧上的点被称为在切割平面下方。
如果提供四面体网格作为初始部件网格，则有可能在步骤c)中使用以下公式计算具有一至四位数字的切割代码cc：
cc＝ms,1*1000+ms,2*100+ms,3*10+ms,4。
因此，列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i}被精简为单个数字，即切割代码cc。
有利地，在步骤c)中，对于每个初始网格单元，基于所计算的切割代码cc来确定初始网格单元是否被一个或多个切割平面切割并且因此被分成所得网格单元，其中
-如果切割代码cc是0或2222，则相应切割平面不切割相应初始网格单元，
-如果切割代码cc是1或1222，则相应初始网格单元的一个初始网格节点属于相应切割平面，
-如果切割代码cc是11或1122，则相应初始网格单元的一个边缘属于相应切割平面，
-如果切割代码cc是111或1112，则相应初始网格单元的一个面属于相应切割平面，
-如果切割代码cc是2、12、22、112、122或222，则由相应切割平面切割相应初始网格单元，以及
-如果切割代码cc是1111，则相应初始网格单元退化。
在切割代码cc是1111的情况下，即相应初始网格单元的初始网格节点在相应切割平面中，表述“退化”意味着相应初始网格单元是平坦的。实际上，这种零体积单元不是由网格化算法产生的。
如果在步骤c)中确定一个相应初始网格单元仅被一个切割平面切割并且因此被分成两个所得网格单元，则这两个所得网格单元的形状可以由与该相应初始网格单元相关联的切割代码cc以及切割该相应初始网格单元的切割平面来确定，其中
-如果切割代码cc是2或222，则表明切割平面将初始网格单元分成三棱柱和四面体，
-如果切割代码cc是12或122，则表明切割平面将初始网格单元分成四角锥和四面体，
-如果切割代码cc是22，则表明切割平面将初始网格单元分成两个三棱柱，以及
-如果切割代码cc是112，则表明切割平面将初始网格单元分成两个四面体。
在下面的表1中，总结了四面体形状的初始网格单元的可能切割代码及其含义。
Figure BDA0003595077170000061
Figure BDA0003595077170000071
表1
由于每个初始网格节点可以在各自的切割平面中、在其下方或上方，理论上有34＝81种方法来相对于各自的切割平面定位四面体，因此考虑81种可能性。从表1中可以看出，在本发明的方法中，有有限数量的切割代码，并且仅有四种不同的方式将四面体由相应切割平面分割。实际上，可以省略所有初始网格节点在相应切割平面中的情况，即切割代码1111。因此，通过计算其节点相对于相应切割平面的位置，可以简单地确定四面体是否被分割以及如何分割。因此，本发明的方法显著减少了必须考虑的可能性的数量。
如果在步骤c)中确定相应初始网格单元被至少两个切割平面切割，则与相应初始网格单元和第一切割平面相关联的第一切割代码cc1以及与相应初始网格单元和第二切割平面相关联的第二切割代码cc2可被考虑用于确定相应初始网格单元内在第一和第二切割平面之间由第一和第二切割平面界定的一个或两个所得网格单元的形状，其中，第一和第二切割平面彼此相邻并且切割相应初始网格单元，其中，
-如果第一切割代码cc1是2、12或112并且第二切割代码cc2是0或1，或者如果第一切割代码cc1大于1111并且第二切割代码cc2是0、1、11、12、111、112、122或222，则表明由第一和第二切割平面界定四面体。
-如果第一切割代码cc1是2、12或112并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是0、1或11，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是0、1、11或111，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是112、122或222，或者如果第一切割代码cc1大于1111并且第二切割代码cc2是2或22，则表明由第一和第二切割平面界定三棱柱，
-如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是0、1或11，则表明由第一和第二切割平面界定四角锥，
-如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是22，则表明由第一和第二切割平面界定六面体，
-如果第一切割代码cc1是22或122并且第二切割代码cc2是12，或者如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是22，则表明由第一和第二切割平面界定退化的六面体。
-如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是22，则表明由第一和第二切割平面界定退化的六面体和四面体，
-如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是12，则表明由第一和第二切割平面界定两个三棱柱且其中一个是退化的，以及
-如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是2，则表明由第一和第二切割平面界定两个三棱柱。
在下面的表2中，总结了用于四面体形状的初始网格单元的切割代码cc1和cc2的所有可能的组合及其含义。
Figure BDA0003595077170000081
Figure BDA0003595077170000091
Figure BDA0003595077170000101
表2
退化的六面体是其中一个边缘被缩减到一个点的六面体。同样，退化的三棱柱是其中一个边缘被缩减到一个点的三棱柱。从表2可以看出，两个切割平面的可能配置的数量从理论上的38＝6561减少到28。因此，上述方法简化了穷尽列出四面体的节点相对于切割平面的所有可能位置的实际任务。通过两个切割平面切割四面体的所有可能方式的“先验”分类有助于本发明的方法完全自动执行。
优选地，两个所得网格单元由相应初始网格单元内的第一和第二切割平面界定的情况是因为当相应的初始网格单元的四面体面中的第一切割平面和第二切割平面的轨迹限定五边形时，该五边形被划分成四边形，尤其是矩形和三角形。这是有利的，因为在基于FEM方法模拟部件和/或部件的增材制造构建工艺中，通常仅允许三角形或四边形网格单元面。这样，确保了所得网格单元对应于FEM方法中可用的基本形状。
在另一优选实施例中，该方法包括以下其它步骤：
d)将至少一个初始网格节点，尤其是所有初始网格节点投影到切割平面中，初始网格节点到切割平面的距离小于预定阈值，尤其是小于该初始网格节点附近的最小所得网格单元厚度的十分之一。
步骤d)允许避免微小的和/或小的所得网格单元，否则这些网格单元在以后的模拟中可能尤其造成问题。
该方法可以包括以下其它步骤：e)将替换初始网格单元的所有所得网格单元保存在存储介质上，尤其是磁盘上。
在另一优选实施例中，至少一个切割平面是部件的边界的边界平面，并且处于边界之外的所得网格单元被排除在部件网格之外。以这种方式，与用于生成部件网格的已知方法相比，所生成的部件网格更准确地再现部件。
本发明还涉及根据本发明的方法产生的部件的部件网格的用途，用于模拟，尤其是热、机械和/或热机械地模拟该部件和/或该部件的增材制造构建工艺，尤其是基于粉末床熔融的构建工艺。
本发明还涉及一种包括指令的计算机程序，当程序由至少一个计算机执行时，指令使至少一个计算机执行本发明的方法。
此外，本发明涉及一种包括指令的计算机可读介质，当指令在至少一个计算机上执行时，使至少一个计算机执行本发明方法的步骤。
计算机可读介质可以是例如CD-ROM或DVD或USB或闪存。应当注意，计算机可读介质不应当被专门理解为物理介质，而是这种介质也可以以数据流和/或表示数据流的信号的形式存在。
附图说明
从以下参照附图对本发明实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得清楚。该图示出了：
图1是待为其生成部件网格的部件的示意图；
图2是根据本发明实施例的方法产生的图1的部件的部件网格的一部分的示意图；
图3是被分成两个所得网格单元的四面体的示意图；以及
图4是被分成三个所得网格单元的四面体的示意图。
具体实施方式
图1示出了在增材制造构建工艺，尤其是基于粉末床熔融的构建工艺中逐层构建的弓形部件1的示意图。
图2示出了分层部件网格2的一部分的示意图，即部件网格2由彼此重叠的多个网格层3组成。
分层部件网格2可用于模拟部件1的增材制造构建工艺，并通过下面描述的根据本发明实施例的方法产生。
本发明的用于生成分层部件网格2的方法开始于提供四面体网格4作为由四面体形状的初始网格单元组成的三维初始部件网格，该初始网格单元为短四面体5，其每一个由四个初始网格节点6和在初始网格节点6之间延伸或连接初始网格节点的六个初始网格边缘7组成。四面体网格4可以已经从用于部件的数字构造数据，特别是CAD数据中获得，或者可以特别地基于这样的数字构造数据生成。
四面体网格4然后由多个切割平面8切分，这些切割平面彼此平行地延伸并且彼此均匀地间隔开，使得四面体网格4的每个四面体5被分成至少两个所得网格单元9。在该示例中，选择两个相邻切割平面8之间的距离d，使得每个四面体5被切割最多三次。在切割平面8与四面体5的边缘7的交点处，定义了所得网格节点10。
然而，期望的分层部件网格2还包括所得网格单元9的形状的知识。因此，在下一步骤中，确定每个四面体5相对于每个切割平面8的位置，并由此确定哪个四面体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。更准确地说，对于每个四面体5，计算表明四面体5相对于切割平面8的位置的切割代码cc。为了计算与特定切割平面8相关的四面体5的切割代码cc，首先创建四个字符的未排序列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,nus,4}，在该示例中，表示四面体5的四个初始网格节点6的数字nus,1,nus,2,nus,3,nus,4。然后将切割索引mus,1,mus,2,mus,3,mus,4分配给每个初始网格节点6，其中在特定切割平面8之下的初始网格节点6被分配切割索引0，在特定切割平面8中的初始网格节点6被分配切割索引1，在特定切割平面8之上的初始网格节点6被分配切割索引2。创建四个切割索引mus,1,mus,2,mus,3,mus,4的未排序列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,mus,4}。在下一步骤中，按升序对列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,mus,4}的切割索引mus,1,mus,2,mus,3,mus,4进行排序以创建排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,ms,4}，并且对列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,nus,4}的数字nus,1,nus,2,nus,3,nus,4进行重排列以创建排序列表ns＝{ns,1,ns,2,ns,3,ns,4}，其根据排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,ms,4}进行排序。最后，使用排序切割索引ms,1,ms,2,ms,3,ms,4和下面的公式计算具有一到四位数字的切割代码cc：
cc＝ms,1*1000+ms,2*100+ms,3*10+ms,4
对于每个四面体5，基于所计算的切割代码来确定它是否被一个或多个切割平面8切割并因此被分成所得网格单元9。如果切割代码cc是0或2222，则相应切割平面8不切割相应四面体5。如果切割代码cc是1或1222，则相应四面体5的一个初始网格节点6属于相应切割平面8。如果切割代码cc是11或1122，则相应四面体5的一个初始网格边缘7属于相应切割平面8。如果切割代码是111或1112，则相应四面体5的一个初始网格面11属于相应切割平面8。如果切割代码cc是2、12、22、112、122或222，则相应四面体5被相应切割平面8切割，并且如果切割代码cc是1111，则相应四面体5退化，即是平坦的。
从图2可以看出，在本示例中，四面体5经常被不同地切割。例如，四面体5a被切割一次，四面体5b被切割两次，四面体5c被切割三次。通常，四面体5被切割的次数取决于相应单元尺寸和切割平面8之间的距离d。
当确定相应四面体5仅由一个切割平面8切割并因此被分成两个所得网格单元9时，两个所得网格单元9的形状由与相应四面体5和切割相应四面体5的切割平面8相关联的切割代码cc确定。如果切割代码cc是2或222，则表明切割平面8将四面体5分成三棱柱和四面体。如果切割代码cc是12或122，则表明切割平面8将四面体5分成四角锥和四面体。如果切割代码cc是22，则表明切割平面8将四面体5分成两个三棱柱，如果切割代码cc是112，则表明切割平面8将四面体5分成两个四面体。
图3是仅由一个切割平面8切割的四面体5的示意图。在该示例中，在未排序列表nus＝{43，24，212，318}中，初始网格节点6a由数字43表示，初始网格节点6b由数字24表示，初始网格节点6c由数字212表示，初始网格节点6d由数字318表示。被分配到初始网格节点6a-d的切割索引的未排序列表是mus＝{0,2,0,1}。切割索引的排序列表是ms＝{0,0,1,2}，并且表示初始网格节点6a-d的数字的排序列表是ns＝{43,212,318,24}。这使得切割代码cc＝12，其表明四面体5被分成四角锥12和四面体13。
当确定相应四面体5被至少两个、在该示例中为两个或三个切割平面8切割时，与相应四面体5和第一切割平面8相关联的第一切割代码cc1以及与相应四面体5和第二切割平面8相关联的第二切割代码cc2(第一和第二切割平面8彼此相邻并且切割相应四面体5)被认为是确定在相应四面体5内在第一和第二切割平面8之间由第一和第二切割平面8界定的一个或两个所得网格单元9的形状。如果第一切割代码cc1是2、12或112并且第二切割代码cc2是0或1，或者如果第一切割代码cc1大于1111并且第二切割代码cc2是0、1、11、12、111、112、122或222，则表明由第一和第二切割平面8界定四面体。如果第一切割代码cc1是2、12或112并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是0、1或11，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是0、1、11或111，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是112、122或222，或者如果第一切割代码cc1大于1111并且第二切割代码cc2是2或22，则表明由第一和第二切割平面8界定三棱柱。如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是0、1或11，则表明由第一和第二切割平面8界定四角锥。如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是22，则表明由第一和第二切割平面8界定六面体。如果第一切割代码cc1是22或122并且第二切割代码cc2是12，或者如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是22，则由第一和第二切割平面8界定退化的六面体。如果第一切割代码cc1是22并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是22，则表明由第一和第二切割平面8界定退化的六面体和四面体。如果第一切割代码cc1是122并且第二切割代码cc2是2，或者如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是12，则表明由第一和第二切割平面8界定两个三棱柱且其中一个是退化的。最后，如果第一切割代码cc1是222并且第二切割代码cc2是2，则表明由第一和第二切割平面8界定两个三棱柱。
当第一和第二切割平面8在相应四面体5的四面体面11中的轨迹限定五边形时，该五边形被分成四边形和三角形。这产生了上述情况之一，其中两个所得网状单元9由相应四面体5内的第一和第二切割平面8界定，例如参见图2中的四面体5d。
图4是由两个切割平面8切割的四面体5的示意图，即第一切割平面8a和在第一切割平面8a上方的第二切割平面8b。与四面体5和第一切割平面8a相关的第一切割代码是cc1＝22，与四面体5和第二切割平面8b相关的第二切割代码是cc2＝12。其表明由第一和第二切割平面8a、8b界定退化的六面体14，即一个边缘被缩减到对应于初始网格节点6d的点的六面体。
以上述方式，确定切割相应四面体5的成对相邻切割平面8之间的所得网格单元9的形状。所有剩余的所得网格单元9的形状可以基于在成对的相邻切割平面8之间的所得网格单元的确定形状和/或通过考虑与切割相应四面体5的切割平面8相关联的至少一个切割代码cc来确定。
以这种方式，对于每个四面体5，确定四面体5被分成的所得网格单元9的形状，从而确定分层部件网格2的所有所得网格单元9的形状。
可选地，至少一个初始网格节点6被投影到相应切割平面8中，该初始网格节点到相应切割平面的距离小于该初始网格节点6附近的最小所得网格单元厚度的十分之一。
所有所得网格单元9被保存在磁盘上。
在图2中，四面体网格4的四面体5的三角形面11仍然可见，并且也可以看到切割平面8的轨迹。四面体网格4以及所得分层部件网格2足够精细，以根据需要精确地表示部件1的几何形状，并根据需要精确地模拟实际部件1的行为。
虽然已经参考优选实施例详细描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下对其进行许多附加的修改和变化。

Claims (17)

1.一种用于产生部件(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，所述部件网格(2)能够用于模拟所述部件(1)和/或所述部件(1)的增材制造构建工艺，其中，所述方法包括以下步骤：
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)，所述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)对所述初始部件网格(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，在所述至少一个切割平面(8)与所述初始网格单元(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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括由多个切割平面(8)对所述初始部件网格(4)进行切分，所述切割平面彼此平行地延伸并且尤其地彼此均匀地间隔开，以产生由彼此叠加的多个网格层(3)组成的部件网格(2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b)包括选择切割平面(8)之间的距离(d)，使得每个初始网格单元(4)被切割最多三次，尤其是最多两次。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤a)包括提供由四面体形状的网格单元(5)组成的四面体网格(4)，每个四面体形状的网格单元(5)具有四个初始网格节点(6)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤c)包括为每个初始网格单元(5)计算表明所述初始网格单元(5)相对于所述切割平面(8)的位置的一个或多个切割代码cc。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤c)中计算与特定切割平面(8)相关的初始网格单元(5)的切割代码cc包括：
-创建表示所述初始网格单元(5)的初始网格节点(6a-d)的i个字符nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i、诸如数字或字母的未排序列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i}；
-向每个初始网格节点(6a-d)分配切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i，其中，在所述特定切割平面(8)下方的初始网格节点(6a-d)被分配切割索引0，在所述特定切割平面(8)中的初始网格节点(6a-d)被分配切割索引1，并且在所述特定切割平面(8)上方的初始网格节点(6a-d)被分配切割索引2；
-创建i个切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i的未排序列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i}；
-以升序对列表mus＝{mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i}的切割索引mus,1,mus,2,mus,3,...,mus,i进行排序，以创建排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i}，并且对列表nus＝{nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i}的字符nus,1,nus,2,nus,3,...,nus,i进行重排列，以创建根据排序列表ms＝{ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i}进行排序的排序列表ns＝{ns,1,ns,2,ns,3,...,ns,i}；以及
-使用排序切割索引ms,1,ms,2,ms,3,...,ms,i来计算切割代码cc。
7.根据权利要求4至6所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，使用以下公式计算具有一至四位数字的切割代码cc：
cc＝ms,1*1000+ms,2*100+ms,3*10+ms,4。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在步骤c)中，对于每个初始网格单元(5)，基于所计算的切割代码cc来确定该初始网格单元是否被一个或多个切割平面(8)切割并且因此被分成所得网格单元(9)，其中，
-如果切割代码cc是0或2222，则相应切割平面(8)不切割相应初始网格单元(5)，
-如果切割代码cc是1或1222，则相应初始网格单元(5)的一个初始网格节点(6)属于相应切割平面(8)，
-如果切割代码cc是11或1122，则相应初始网格单元(5)的一个边缘(7)属于相应切割平面(8)，
-如果切割代码cc是111或1112，则相应初始网格单元(5)的一个面(11)属于相应切割平面(8)，
-如果切割代码cc是2、12、22、112、122或222，则由相应切割平面(8)切割相应初始网格单元(5)，以及
-如果切割代码cc是1111，则相应初始网格单元(5)退化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
如果在步骤c)中确定了相应初始网格单元(5，5a)仅被一个切割平面(8)切割并且因此被分成两个所得网格单元(9)，则这两个所得网格单元(9)的形状是由与所述相应初始网格单元(5，5a)相关联的切割代码cc以及切割所述相应初始网格单元(5，5a)的切割平面(8)来确定的，其中，
-如果所述切割代码cc是2或222，则表明所述切割平面(8)将所述初始网格单元(5，5a)分成三棱柱和四面体，
-如果切割代码cc是12或122，则表明切割平面(8)将所述初始网格单元(5，5a)分成四角锥(12)和四面体(13)，
-如果所述切割代码cc是22，则表明所述切割平面(8)将所述初始网格单元(5，5a)分成两个三棱柱，以及
-如果切割代码cc是112，则表明切割平面(8)将初始网格单元(5，5a)分成两个四面体。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
如果在步骤c)中确定相应初始网格单元(5，5b-d)被至少两个切割平面(8，8a，8b)切割，则与相应初始网格单元(5，5b-d)和第一切割平面(8，8a)相关联的第一切割代码cc1以及与相应初始网格单元(5，5b-d)和第二切割平面(8，8b)相关联的第二切割代码cc2被认为是确定在所述相应初始网格单元(5，5b-d)内在第一和第二切割平面(8，8a，8b)之间由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定的一个或两个所得网格单元(9)的形状，其中，所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)彼此相邻并且切割所述相应初始网格单元(5，5b-d)，其中
-如果所述第一切割代码cc1是2、12或112并且所述第二切割代码cc2是0或1，或者如果所述第一切割代码cc1大于1111并且所述第二切割代码cc2是0、1、11、12、111、112、122或222，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定四面体，
-如果所述第一切割代码cc1是2、12或112并且所述第二切割代码cc2是2，或者如果所述第一切割代码cc1是22并且所述第二切割代码cc2是0、1或11，或者如果所述第一切割代码cc1是222并且所述第二切割代码cc2是0、1、11或111，或者如果所述第一切割代码cc1是222并且所述第二切割代码cc2是112、122或222，或者如果所述第一切割代码cc1大于1111并且所述第二切割代码cc2是2或22，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定三棱柱，
-如果所述第一切割代码cc1是122并且所述第二切割代码cc2是0、1或11，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定四角锥，
-如果所述第一切割代码cc1是22并且所述第二切割代码cc2是22，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定六面体，
-如果所述第一切割代码cc1是22或122并且所述第二切割代码cc2是12，或者如果所述第一切割代码cc1是122并且所述第二切割代码cc2是22，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定退化的六面体(14)，
-如果所述第一切割代码cc1是22并且所述第二切割代码cc2是2，或者如果所述第一切割代码cc1是222并且所述第二切割代码cc2是22，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定退化的六面体和四面体，
-如果所述第一切割代码cc1是122并且所述第二切割代码cc2是2，或者如果所述第一切割代码cc1是222并且所述第二切割代码cc2是12，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定两个三棱柱且其中一个三棱柱是退化的，以及
-如果所述第一切割代码cc1是222并且所述第二切割代码cc2是2，则表明由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定两个三棱柱。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在相应初始网格单元(5，5b-d)内由所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)界定两个所得网格单元(9)的情况是因为当所述第一和第二切割平面(8，8a，8b)在相应初始网格单元(5，5b-d)的四面体面(11)中的轨迹限定五边形时，该五边形被分成四边形和三角形。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下其它步骤：d)将至少一个初始网格节点(6)、特别是所有初始网格节点(6)投影到切割平面(8)中，所述初始网格节点到所述切割平面(8)的距离小于预定阈值、尤其是小于所述初始网格节点(6)附近的最小所得网格单元厚度的十分之一。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下其它步骤：e)将替换初始网格单元(5)的所有所得网格单元(9)保存在存储介质上、尤其是磁盘上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个切割平面(8)是所述部件(1)的边界的边界平面，并且在所述边界之外的所得网格单元(9)被排除在所述部件网格(2)之外。
15.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的方法所产生的部件(1)的部件网格(2)的方法，用于模拟、特别是热、机械和/或热机械地模拟所述部件和/或所述部件(1)的增材制造构建工艺、尤其是基于粉末床熔融的构建工艺。
16.一种包括指令的计算机程序，当所述程序由至少一个计算机执行时，所述指令使所述至少一个计算机执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
17.一种包括指令的计算机可读介质，当在至少一个计算机上执行所述指令时，所述指令使所述至少一个计算机执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤。
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