3D打印手板模型基于有限元分析(xi)的(de)優化

目(mu)前3D打印(yin)(yin)(yin)手板模型(xing)的(de)打印(yin)(yin)(yin)成本(ben)和打印(yin)(yin)(yin)時間都是制(zhi)約3D打印(yin)(yin)(yin)技(ji)術(shu)廣泛應(ying)用(yong)的(de)關鍵因素，采用(yong)有限元分析方法(fa)，對3D打印(yin)(yin)(yin)技(ji)術(shu)的(de)三維模型(xing)進行(xing)分析，在等強度(du)理論的(de)指導(dao)下，優化設計(ji)造型(xing)，有利于降低打印(yin)(yin)(yin)成本(ben)，縮短打印(yin)(yin)(yin)時間。

有(you)(you)限(xian)元(yuan)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)方(fang)法是(shi)在(zai)(zai)工程分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)中(zhong)常用(yong)的一種(zhong)數學計(ji)算(suan)(suan)方(fang)法，基于離散數學理論，將單個(ge)或多個(ge)被分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)的結構(gou)離散成(cheng)有(you)(you)限(xian)多個(ge)單元(yuan)和(he)(he)節(jie)點(dian)，通過對單元(yuan)和(he)(he)節(jie)點(dian)的計(ji)算(suan)(suan)，模(mo)(mo)(mo)擬(ni)整(zheng)個(ge)產品(pin)結構(gou)的性能(neng)(neng)。例如(ru)，在(zai)(zai)設(she)(she)(she)計(ji)初期的產品(pin)強(qiang)(qiang)度(du)校核(he)計(ji)算(suan)(suan)中(zhong)，就通常采(cai)用(yong)有(you)(you)限(xian)元(yuan)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)方(fang)法，針(zhen)對產品(pin)后期實驗要求(qiu)和(he)(he)工況條件，進行模(mo)(mo)(mo)擬(ni)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)計(ji)算(suan)(suan)，可(ke)以(yi)(yi)預知產品(pin)設(she)(she)(she)計(ji)是(shi)否(fou)能(neng)(neng)滿足強(qiang)(qiang)度(du)性能(neng)(neng)要求(qiu)，是(shi)否(fou)能(neng)(neng)通過后期檢測實驗和(he)(he)是(shi)否(fou)能(neng)(neng)應對實際使用(yong)工況。有(you)(you)限(xian)元(yuan)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)方(fang)法已經是(shi)工程上(shang)成(cheng)熟的計(ji)算(suan)(suan)方(fang)法，在(zai)(zai)3D打(da)印手板模(mo)(mo)(mo)型的優化(hua)改進中(zhong)，同樣可(ke)以(yi)(yi)引入有(you)(you)限(xian)元(yuan)分(fen)(fen)(fen)析(xi)(xi)方(fang)法，在(zai)(zai)保證3D打(da)印手板模(mo)(mo)(mo)型整(zheng)體設(she)(she)(she)計(ji)強(qiang)(qiang)度(du)均衡、結構(gou)穩定(ding)的基礎上(shang)，對強(qiang)(qiang)度(du)富裕區域進行減(jian)材優化(hua)改進，可(ke)以(yi)(yi)減(jian)輕模(mo)(mo)(mo)型整(zheng)體重量，從而(er)達到節(jie)約打(da)印成(cheng)本(材料成(cheng)本和(he)(he)時間成(cheng)本)的目的。

以一(yi)款座椅(yi)的(de)(de)設計為(wei)例，首先(xian)對(dui)(dui)初(chu)始建(jian)立的(de)(de)模(mo)型(xing)進行有限元(yuan)分析：1.在座椅(yi)底部與地面固(gu)定(ding)(ding)的(de)(de)位(wei)置上(shang)施(shi)加固(gu)定(ding)(ding)全約束；2.在座面和靠(kao)背面上(shang)分別施(shi)加均(jun)布載荷，載荷值以一(yi)位(wei)體重(zhong)100kg的(de)(de)人坐靠(kao)時對(dui)(dui)座椅(yi)的(de)(de)力(li)(li)近似計算得到,以壓(ya)力(li)(li)形(xing)式施(shi)加；3.指定(ding)(ding)模(mo)型(xing)材(cai)料(liao)為(wei)ABS，采用該材(cai)料(liao)默認的(de)(de)物理(li)屬性參(can)數,如密(mi)度(du)、彈性模(mo)量、泊(bo)松(song)比等；4.對(dui)(dui)模(mo)型(xing)用3D四面體單元(yuan)進行劃分；5.建(jian)立靜態力(li)(li)學求解(jie)模(mo)型(xing)，求解(jie)計算。

計算得出結(jie)果誤(wu)差在5%以(yi)內(nei)，此處主要通過(guo)模型中的(de)應力分布(bu)和變(bian)形情況(kuang)為(wei)后續模型的(de)優(you)化改進指(zhi)引方向，而對(dui)具(ju)體應力、變(bian)形數值，由于輸入(ru)為(wei)模擬量(liang)，不(bu)必(bi)過(guo)分關注。