CN213321730U - 一种用于增材制造的桁架 - Google Patents
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Abstract
一种用于增材制造的桁架，其由若干个桁架单元相互拼接构成，所述桁架单元的杆的所有截面均为菱形，任一选取两个菱形的相对应的左顶点形成第一线段，以及选取该两个菱形的相对应的右顶点形成第二线段，所述第一线段和第二线段所确定的平面与所述杆的下表面形成的夹角大于或等于45度。本实用新型的用于增材制造的桁架将传统桁架单元的圆杆变成了菱形，不仅增大了面积和体积，更重要的是大大减少了桁架运算的点数和面片数，即降低了数据处理复杂度，进而降低了桁架对电脑设备的需求。
Description
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种用于增材制造的桁架。
背景技术
增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。作为增材制造技术之一的选择性激光烧结技术，其近年来的发展也是非常迅速，其主要工艺是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉辊筒将一层粉末材料平铺在机构已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至设定的温度，振镜系统控制激光器按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊筒又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个制件制造。
随着增材技术的快速发展，目前，其已广泛应用于航空航天、军工、医疗和模具等行业，并可以很好地实现行业的弯曲流道成型和零件优化减重。而在减重优化中，桁架是我们选择减重的主要手段之一，但是桁架大面积桁架化会使得零件内存过大且切片计算复杂，大大降低了效率，对设计电脑配置以及增材制造设备主机配置要求较高。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种减少面片数量，从而降低数据处理复杂度，进而降低了桁架对电脑设备的需求的用于增材制造的桁架。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于增材制造的桁架，其由若干个桁架单元相互拼接构成，所述桁架单元的杆的所有截面均为菱形，任一选取两个菱形的相对应的左顶点形成第一线段，以及选取该两个菱形的相对应的右顶点形成第二线段，所述第一线段和第二线段所确定的平面与所述杆的下表面形成的夹角大于或等于45度。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述至少一个桁架单元的至少部分杆的轴线与水平面的夹角大于或等于45度。
作为本实用新型的进一步优选方案，所有桁架单元的杆的轴线与水平面的夹角大于或等于45度。
本实用新型的用于增材制造的桁架，通过由若干个桁架单元相互拼接构成，所述桁架单元的杆的所有截面均为菱形，任一选取两个菱形的相对应的左顶点形成第一线段，以及选取该两个菱形的相对应的右顶点形成第二线段，所述第一线段和第二线段所确定的平面与所述杆的下表面形成的夹角大于或等于45度，使得其将传统桁架单元的圆杆变成了菱形，不仅增大了面积和体积，更重要的是大大减少了桁架运算的点数和面片数，即降低了数据处理复杂度，进而降低了桁架对电脑设备的需求。
附图说明
图1为传统桁架单元提供的一实施例的立体结构图；
图2为图1的局部结构放大图；
图3为本实用新型用于增材制造的桁架提供的一实施例的桁架单元结构示意图；
图4为图3的局部结构放大图。
图中标记如下：
1.杆。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
增材制造的文件一般为STL格式，STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。桁架是一种由杆件彼此在两端连接而成的结构，其也可以看作由若干个桁架单元（也可称为单胞）相互拼接而成。传统的桁架单元在增材制造中的结构形式如图1所示，其由多个圆杆连接在一个支点上进行支撑。而在增材制造设计软件中，圆杆的面片数量最多，所以在运算过程中会很复杂。
针对于大型的需要桁架填充的零件，因面片数很多造成桁架的运算量非常大，大的运算非常耗时且设计时将会出现卡死的现象，需要更高的电脑配置才能解决此类问题。
本实用新型的主要特点在于保证传统桁架结构的基础下进行面片数目优化，从而减少桁架的运算量，具体设计优化示例一如图3所示，用于增材制造的桁架，其由若干个桁架单元相互拼接构成，其中至少一个桁架单元的至少部分杆1的至少部分截面为菱形。也就是，本实用新型的创新在于将原有的圆杆形状部分或者所有的杆1，或者杆1的部分变成了菱形，大大减少桁架上的面片产生，面片对比如图2和图4所示，图2显示的是传统桁架单元的圆杆，图4显示的是本申请提出的桁架单元的杆。图2和图4给出了同一大小同一结构桁架，优化前与优化后的面片数对比，更加直观的反映出优化前后的数据数量。从桁架优化前后来看，对于相同的尺寸大小，其面积和体积优化后要比优化前大，因为优化后的圆杆变成了规则的菱形，增大了面积和体积，但主要关乎桁架运算的点数和面片数大大减少，例如像第二个较为复杂的桁架，点数有原来的1316降到了优化后的102，面片数由原来的2676降到了248，基本都下降了10倍左右，大大降低了桁架对电脑设备的需求。
通过以上桁架的对比，我们可以看到，在相同大小的结构尺寸内，桁架结构越复杂，优化后的点数和面片数下降的比例越高，因为圆杆越多，面片优化率更高。针对于复杂件桁架填充的工件来说，此类设计优化更具优势。
作为本实用新型的一优选方案，所有桁架单元的杆1的截面均为菱形，这样便可进一步减小面片数量，从而降低了数据处理复杂度。
在增材制造领域中，当打印金属制件时，由于受应力的影响，一般需要设计支撑结构。本实用新型为了在保证成型精度的前提下，减少支撑结构的设计，优选地，所述至少一个桁架单元的至少部分杆1的轴线与水平面的夹角大于或等于45度，这样便可以去掉该桁架单元的支撑结构设计。作为本实用新型的进一步优选方案，所述桁架单元的全部杆1的轴线与水平面的夹角大于或等于45度，从而更多地去掉了支撑结构设计，减少了制造成本，提高了制作效率。更进一步优选方案，所有桁架单元的杆的轴线与水平面的夹角大于或等于45度。
为了进一步在保证成型精度的前提下，减少支撑结构的设计，当所述杆的所有截面均为菱形时，任一选取两个菱形的相对应的左顶点形成第一线段，以及选取该两个菱形的相对应的右顶点形成第二线段，所述第一线段和第二线段所确定的平面与所述杆的下表面形成的夹角大于或等于45度。
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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种用于增材制造的桁架，其特征在于，由若干个桁架单元相互拼接构成，所述桁架单元的杆的所有截面均为菱形，任一选取两个菱形的相对应的左顶点形成第一线段，以及选取该两个菱形的相对应的右顶点形成第二线段，所述第一线段和第二线段所确定的平面与所述杆的下表面形成的夹角大于或等于45度。
2.根据权利要求1所述的用于增材制造的桁架，其特征在于，所述至少一个桁架单元的至少部分杆的轴线与水平面的夹角大于或等于45度。
3.根据权利要求2所述的用于增材制造的桁架，其特征在于，所有桁架单元的杆的轴线与水平面的夹角大于或等于45度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020437399.0U CN213321730U (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种用于增材制造的桁架 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
| CN213321730U true CN213321730U (zh) | 2021-06-01 |
Family
ID=76057893
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202020437399.0U Active CN213321730U (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种用于增材制造的桁架 |
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2020
- 2020-03-31 CN CN202020437399.0U patent/CN213321730U/zh active Active
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