3D打印手板模型基于有限元分析的优化

3D打印手板模型基于有限元分析的优化

目前3D打印手板模型的打印成本和打印时间都是制约3D打印技术广泛应用的关键因素，采用有限元分析方法，对3D打印技术的三维模型进行分析，在等强度理论的指导下，优化设计造型，有利于降低打印成本，缩短打印时间。

有限元分析方法是在工程分析中常用的一种数学计算方法，基于离散数学理论，将单个或多个被分析的结构离散成有限多个单元和节点，通过对单元和节点的计算，模拟整个产品结构的性能。例如，在设计初期的产品强度校核计算中，就通常采用有限元分析方法，针对产品后期实验要求和工况条件，进行模拟分析计算，可以预知产品设计是否能满足强度性能要求，是否能通过后期检测实验和是否能应对实际使用工况。有限元分析方法已经是工程上成熟的计算方法，在3D打印手板模型的优化改进中，同样可以引入有限元分析方法，在保证3D打印手板模型整体设计强度均衡、结构稳定的基础上，对强度富裕区域进行减材优化改进，可以减轻模型整体重量，从而达到节约打印成本(材料成本和时间成本)的目的。

以一款座椅的设计为例，首先对初始建立的模型进行有限元分析：1.在座椅底部与地面固定的位置上施加固定全约束；2.在座面和靠背面上分别施加均布载荷，载荷值以一位体重100kg的人坐靠时对座椅的力近似计算得到,以压力形式施加；3.指定模型材料为ABS，采用该材料默认的物理属性参数,如密度、弹性模量、泊松比等；4.对模型用3D四面体单元进行划分；5.建立静态力学求解模型，求解计算。

计算得出结果误差在5%以内，此处主要通过模型中的应力分布和变形情况为后续模型的优化改进指引方向，而对具体应力、变形数值，由于输入为模拟量，不必过分关注。