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3D打印设计与个性化制造

更新时间: 2019-10-24 17:05:34  查看次数: 270    

3D打印相关工作是图形学关注的研究热点之一。在图形学顶级会议中(SIGGRAPH、SIGGRAPH Asia等),每年都有令人耳目一新的相关论文发表。研究者在3D打印与物理仿真、机械制造等交叉前沿进行了卓有见地的探索。3D打印技术也和传统制造技术(结构力学模型、水转印等)进行融合,提高了打印成品质量


目前在针对壳体厚度进行优化的3D打印方法中,使用的仿真模型大多是基于各向同性弹性体。在实际应用中广泛存在着各向异性、非弹性体材料。但是这类材料仿真过程复杂,可能导致算法求解缓慢,优化算法难收敛等。此外,本算法中需要指定外力作用位置。而在实际生活中,物体承受外力的方向和大小都十分复杂。可以在这一方向进行研究,探索物体在任意外力情况下的优化和仿真方法,参考Zhou等研究结果可能是解决办法之一。本方法优化过程涉及对物体表面网格进行分割,分割结果会直接影响最终算法优化解。尽管本优化算法的约束和仿真渉及到整个模型上所有顶点,但是难以保证得到的结果是全局最优解。可以在分割方法上进行研究,提出适用于结构分析的网格分割方法。


本文提出的设计个性化不倒翁的方法,在实验过程中采用同种材料进行打印。若使用多材料打印机,对上半部使用较轻材料进行打印,下半部使用较重材料进行打印,能够更明显降低质心位置,为优化算法提供更大的自由度,进而得到效果更优的模型。目前优化过程将不倒翁上半部与下半部分开进行。若能将两部分先通过网格融合技术形成整体,再进行优化可能会提升算法结果。但是对融合网格进行优化会提升优化难度,需要将众多变量一起进行求解。此外,本文算法理论推导是建立在底部形状为旋转抛物面的前提下。若使用其它曲面,其推导过程相似,但具体结果会相应改变。可以进一步探究不同曲面形状对不倒翁性质的影响。