3D打印手板模型基于有限元分析的優化

3D打印手板模型基于有限元分析的優化

目前3D打印手板模型的打印成本和打印時間都是制約3D打印技術廣泛應用的關鍵因素，采用有限元分析方法，對3D打印技術的三維模型進行分析，在等強度理論的指導下，優化設計造型，有利于降低打印成本，縮短打印時間。

有限元分析方法是在工程分析中常用的一種數學計算方法，基于離散數學理論，將單個或多個被分析的結構離散成有限多個單元和節點，通過對單元和節點的計算，模擬整個產品結構的性能。例如，在設計初期的產品強度校核計算中，就通常采用有限元分析方法，針對產品后期實驗要求和工況條件，進行模擬分析計算，可以預知產品設計是否能滿足強度性能要求，是否能通過后期檢測實驗和是否能應對實際使用工況。有限元分析方法已經是工程上成熟的計算方法，在3D打印手板模型的優化改進中，同樣可以引入有限元分析方法，在保證3D打印手板模型整體設計強度均衡、結構穩定的基礎上，對強度富裕區域進行減材優化改進，可以減輕模型整體重量，從而達到節約打印成本(材料成本和時間成本)的目的。

以一款座椅的設計為例，首先對初始建立的模型進行有限元分析：1.在座椅底部與地面固定的位置上施加固定全約束；2.在座面和靠背面上分別施加均布載荷，載荷值以一位體重100kg的人坐靠時對座椅的力近似計算得到,以壓力形式施加；3.指定模型材料為ABS，采用該材料默認的物理屬性參數,如密度、彈性模量、泊松比等；4.對模型用3D四面體單元進行劃分；5.建立靜態力學求解模型，求解計算。

計算得出結果誤差在5%以內，此處主要通過模型中的應力分布和變形情況為后續模型的優化改進指引方向，而對具體應力、變形數值，由于輸入為模擬量，不必過分關注。