3D打印产品模型优化设计方法研究

闫胜昝 侯亚婧 王硕

摘要：为更快实现设计迭代，降低3D打印成本，提高3D打印速度。分析了3D打印技术的发展与应用，针对3D打印模型优化设计，研究了有限元分析方法和网格化设计方法，并结合一款座椅产品3D打印模型，分别采用两种方法进行优化设计，通过初步有限元分析得到造型优化方向，在改进设计后再进行有限元分析验证，并通过网格化设计进一步进行轻量化设计。得到利用有限元分析结果指导设计优化和通过网格化模型及支撑结构进行轻量化设计的方法。该研究为促进3D打印的应用、节约打印成本、缩短打印时间提供了一种有效的方法。

关键词：3D打印技术;产品模型;有限元分析;轻量化设计

中图分类号：TP391.9

文献标识码：A

文章编号：1003-0069 （2020） 04-0096-03

引言

近年来，3D打印技术不断受到国内外热捧，并被普遍认为是可以“与其他数字化生产模式一起，推动实现以智能化为特征的第三次工业革命”[1]。相对于传统制造工艺，3D打印号称增量制造（additive manufacturing），它可以像打印机一样打印出三维的各类日常与工业产品[2]。30多年来，不够高效、不容易利用，不够快，成本太贵一直是阻碍其发展的瓶颈。今天随着材料的科技创新和打印技术的升级，使得3D打印又热了起来，3D打印模型的快速生成技术和支撑结构优化设计方法也将推动3D打印技术的广泛应用和个性化服务。为扩大3D打印这种无需机械加工或任何模具、快速获得个性化产品和样件的技术的应用范围，通过研究有限元分析方法在3D打印模型及支撑结构优化上的应用，实现打印模型及支撑结构的轻量化，降低打印成本，同时也可提高打印速度。……