(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210706897.4 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 深圳大学 地址 518060 广东省深圳市南 山区南海大 道3688号 (72)发明人 陈张伟　涂勇强　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 专利代理师 王梦 (51)Int.Cl. B29C 64/118(2017.01) B29C 64/20(2017.01) B29C 64/386(2017.01) B29C 64/393(2017.01) B33Y 10/00(2015.01)B33Y 30/00(2015.01) B33Y 50/00(2015.01) B33Y 50/02(2015.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 一种直写3D打印中沉积拐角 外轮廓的预测 方法 (57)摘要 本发明公开了一种直写3D打印中沉积拐角 外轮廓的预测方法， 步骤为： S1、 构建直写3D打印 过程的三维几何模型， S2、 对步骤S1构建的直写 3D打印过程的三维几何模型进行网格划分， S3、 设置仿真中的墨水材料特性、 相分数初始条件、 以及模型中各个表面的边界条件和边界初始条 件， S4、 利用流体体积数值法求解获得沉积拐角 的三维图像， S5、 调整沉积拐角的三维图像至俯 视沉积拐角， 进而获得沉积拐角的外轮廓； 该预 测方法实现了利用仿真的方法预测包括锐角、 直 角和钝角在内的任意角度的沉积拐角的外轮廓 的目的， 且与直写3D打印实验对比， 预测结果的 最大偏差仅为0.4mm， 证明了本申请的方法在直 写3D打印中沉积拐角外轮廓预测上具有较好的 有效性、 准确性和实用性。 权利要求书2页 说明书9页 附图9页 CN 114953439 A 2022.08.30 CN 114953439 A 1.一种直写3D打印中沉积拐角外轮廓的预测方法， 其特 征在于， 步骤如下： S1、 构建直写3D 打印过程的三维几何模型， 其由第一计算区域和第二计算区域构成； 其 中， 第一计算区域的外轮廓为一个三维长方体， 其顶面、 背面、 以及左侧面和右侧面为空气 边界面， 其前面为第一结合面， 其底 面为第一沉积基板面； 自三 维长方体的一侧顶面竖直向 下设置有圆柱形盲孔， 且圆柱形盲孔的直径等于直写3D打印机中的喷嘴外径， 圆柱形盲孔 的内侧面为喷嘴外表面； 在圆柱形盲孔内居中设置有一圆柱形凸台， 且圆柱形凸台的直径 等于喷嘴的内径， 圆柱形凸台的顶面与三 维长方体的顶面齐平、 底面与盲孔的底面齐平， 圆 柱形凸台的顶面为喷嘴入口面， 圆柱形凸台的外侧 面为喷嘴内表面； 位于圆柱形盲孔的内 侧面与圆柱形凸台的外侧面之 间的圆柱形盲孔的环形底面为喷嘴底面； 第二计算区域为一 与第一计算区域的外轮廓一致的三维长方体， 其前面、 顶面、 左侧面和右侧面为空气边界 面， 其背面 为第二结合 面， 其底面 为第二沉积基板面； 第二结合 面与第一结合 面完全重合； S2、 对步骤S1构 建的直写打印过程的三维几何模型进行网格划分， 其原则为： 1)自喷嘴 内表面至喷嘴内部形成的与喷嘴内径一致的圆柱形区域内、 以及自喷嘴底面至其在第一沉 积基板面投影面之 间形成的外径与喷嘴外径一致的圆柱形区域内均划分有密度最大网格； 2)以喷嘴底面所在水平截面为分 界面， 其下部区域划分的网格比其上部区域划分的网格密 集； S3、 设置仿真中的墨水材料特性、 相分数初始条件、 以及各个表面的边界条件和边界初 始条件； 其中， (1)墨水材料特性包括密度ρ 、 表面张力系数σ 和粘度 μ； (2)相分数初始条件为： 自喷嘴内表面至喷嘴内部区域(即圆柱形凸台所在区域)相分 数为1， 其 他区域的相分数为0； (3)各个表面的边界条件和边界初始条件为： ①设置喷嘴入口面的边界类型为入口边界， 边界条件包括： 压力为零梯度压力， 速度恒 定； 边界初始条件为： 初始压力为0 MPa， 初始速度为喷 嘴入口的墨水速度； ②设置喷嘴内表面、 喷嘴外表面和喷嘴底面的边界类型为无滑移边界， 对应无滑移条 件； 边界条件为无滑移条件， 具体为： 压力为零梯度压力， 速度为速度恒定； 边界初始条件 为： 初始压力为0 MPa， 初始速度为0m m/s； ③设置空气边界面的边界类型为输入输出边界， 对应边界条件通过仿真实时计算得 到； 边界初始条件为： 初始压力为0 MPa， 初始速度为0m m/s； ④设置第一沉积基板面的边界类型为无滑移边界， 对应无滑移条件， 具体为： 压力为零 梯度压力， 速度为速度恒定； 边界初始条件为： 初始压力为0MPa， 初始速度设置为vn1， vn1的 数值等于喷嘴的水平 移动速度， vn1的方向与第一结合 面的夹角为θ /2； ⑤设置第二沉积基板面202的边界类型为无滑移边界， 对应无滑移条件， 具体为： 压力 为零梯度压力， 速度为速度恒定； 边界初始条件为： 初始压力为0MPa， 初始速度设置为vn2， vn2的数值等于喷嘴的水平 移动速度， vn2的方向为与vn1的夹角为θ， θ 为 沉积拐角的角度； S4、 利用流体 体积数值法求 解获得沉积拐角的三维图像， 并输出相应的几何文件； S5、 将步骤S4得到沉积拐角三维图像的几何文件导入后处理软件中， 调整沉积细丝的 三维图像至俯视沉积拐角的方式的图像， 以获得沉积拐角的外轮廓。 2.根据权利要求1所述的直写3D打印中沉积拐角外轮廓的预测方法， 步骤S4的具体方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114953439 A 2法为： 利用流体体积数值法求解每个网格的相分数， 并取相分数值为0.5的曲面为沉积拐角 的三维形状。 3.根据权利要求1所述的直写3D打印中沉积拐角外轮廓的预测方法， 其特征在于， 步骤 S1～步骤S4采用OpenFORM软件实现。 4.根据权利要求1所述的直写3D打印中沉积拐角外轮廓的预测方法， 其特征在于， 步骤 S5采用ParaView软件实现。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114953439 A 3