肖文磊，王志明，王世平，赵 罡

基于周期性晶格的3D打印模型轻量化方法

肖文磊，王志明，王世平，赵 罡

(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191)

为了获得3D打印模型节材效果和优化的物理力学性能，从晶格的形状多变性出发，提出了一种基于晶格的3D打印轻量化结构生成方法，由此产生的轻量化结构用来替代给定模型的实体空间。首先，提出了一种通用的晶格描述方法，进而对晶格的几何和拓扑特征进行个性化设计。其次，通过在模型包围盒内周期性排列晶格单元，构造出了实体建模所依附的拓扑骨架结构。接着，采用了一种基于网格拼接的直接构建STL模型的几何建模方法，其无需布尔运算即能快速获得网格质量可控的晶格实体结构。通过实物打印验证了适用于晶格结构的3D打印成型工艺。对5种典型晶格的几何和力学特性进行了对比分析，并作为晶格设计选用的初步依据。结果证明，该方法在实现节材和提高模型强重比的同时，达到了保证轻量化模型的可打印性、自平衡性以及力学性能可优化等目标。相较于以往的方法，具有多变性和效率优势，适合各种工程应用。

3D打印；轻量化模型；周期性晶格；实体建模；实物打印

3D打印是一种先进的快速成型工艺，即对熔融材料进行逐层叠加来构建预先设计的数字模型。3D打印在复杂零件制造领域有着重要的应用价值。一般对于任何复杂的结构均能一次性成型，且无需工装模具，这使得具有复杂几何的轻量化结构突破了可制造性束缚。……