(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 202210936509.1 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 付鑫强　刘璐璐　谢志浩　陈伟　 赵振华　罗刚　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 张弛 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/10(2020.01) (54)发明名称 基于CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型 的仿真方法 (57)摘要 本发明一种基于CT扫描重建3D打印点阵结 构细观模型的仿真方法， 通过Micro ‑CT扫描技 术， 获得3D打印点阵结构的断层扫描图片， 然后 基于图片灰度值差异分离出相应的孔洞和胞壁 结构； 在此基础上， 利用三维重构软件Mimics建 立3D打印点阵结构的三维细 观有限元模 型， 并开 展相应的数值仿真研究。 该数值仿真计算的结果 相较于采用原打印模型更加接近于真实点阵结 构基础力学 试验结果。 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 115408902 A 2022.11.29 CN 115408902 A 1.一种基于CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型的仿真方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： (1)通过3D打印技术制造点阵结构实体模型后， 通过Micro ‑CT系统对实体模型的显微 结构进行三维断层扫描， 通过调节扫描样品与Micro ‑CT系统中X射线管的距离来确定 Micro‑CT扫描体素分辨率， 扫描过程中， 将实体模型旋转360 °获得一组不同角度的断层图 像； (2)将CT扫描处理后的断层图像导入Mimics软件中， 然后利用Mimics软件中的图像处 理模块， 对断层图像进 行分裂、 切片、 光滑和重构处理， 得到的点阵结构细观模型， 然后利用 Mimics软件中的有限元 处理模块， 将点阵结构细观模 型转换成空间网格， 选择生 成网格为8 节点六面体单元， 空间网格的尺寸控制在1 ‑5倍扫描分辨率大小， 以获得3D打印点阵结构三 维细观有限元模型； (3)将获得的3D打印点阵结构三维细观有限元模型导入有限元分析软件内， 并通过定 义刚性墙施加单轴动态压缩载荷， 下刚性墙保持静止， 上刚性墙以恒定速度向下压缩； 刚性 墙的加载速度v， 通过加载应变率 ε和试件高度H确定， 即v＝ ε ×H， 设置材料模型后进行准静 态压缩下的细观有限元 数值仿真计算。 2.根据权利要求1所述的CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型的仿真方法， 其特征在 于， 步骤(1)中， 通过Micro ‑CT系统获得高分辨率下无损成像， 提取结构内部杂质和孔隙缺 陷并进行统计分析， 以确定适当的工艺 程序参数， 用于增材制造零件的微结构分析。 3.根据权利要求1所述的CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型的仿真方法， 其特征在 于， 在有限元分析软件内， 设置的刚性墙中， 上刚性墙覆盖3D打印点阵结构三 维细观有限元 模型上表面， 下刚性墙承载3D打印点阵结构三维细观有限元模型底面； 并通过定义刚性墙 施加单轴动态压缩载荷， 下刚性墙保持静止， 上刚性墙以恒定 速度向下压缩。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115408902 A 2基于CT扫描 重建3D打印点阵结构细观模型的仿真方 法 技术领域 [0001]本发明属于增材制造及点阵结构设计领域， 具体涉及一种基于CT扫描重建3D打印 点阵结构细观模型的仿真方法。 背景技术 [0002]点阵结构作为一种典型的轻质防护结构， 具有优异的能量吸收能力， 在飞机、 船 舶、 汽车等领域具有广泛的应用前景。 与此同时， 考虑到点阵结构在上述的领域中涉及到大 量的基础力学 行为， 开展对于点阵结构基础力学 行为测试显得 尤为重要。 [0003]点阵结构一般由传统制备方法， 如熔模铸造法、 扩展金属板法等方法制造而成。 近 年来， 随着3D打印技术的发展， 其特点为采用逐层叠加方式直接从数字模型构建最 终实物， 在点阵结构的设计、 加工等领域具有一系列优势， 极大地推动了点阵结构的发展。 但同时也 受限于3D打印技术， 点阵结构在成形过程中会存在内部杂质和孔隙缺陷等问题， 致密度通 常无法达到100％， 通常而言力学性能低于传统加工方法， 这种问题在点阵结构的悬浮杆件 上尤为明显 。 [0004]通常点阵结构的基础力学行为的研究通过试验来完成， 但针对点阵结构的试验通 常存在打印成本高， 重复性较差， 试验 结果的离散性等问题。 为了克服试验研究中的不利条 件， 有限元分析方法被大量应用于点阵的力学性能研究。 目前关于点阵结构力学行为的仿 真方法直接基于原CAD模型建立的有限元模型， 但该方法无法将3D打印过程中产生的缺陷 如结构内部杂质、 孔隙缺陷等问题表征。 对于大量存在悬浮杆件的点阵结构， 打印后的试件 甚至存在杆件弯曲和断裂等问题， 直接采用原CAD模型建立有限元模型的方法无法实现内 部结构分析， 无法准确地表征打印成品试件的力学 行为。 [0005]故， 需要一种新的技 术方案以解决上述 技术问题。 发明内容 [0006]发明目的： 本发明提供一种新的基于CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型的仿真 方法， 目的是获得更加接近带有缺陷的3D打印试件基础力学行为试验结果的有限元仿 真结 果。 [0007]技术方案： 一种新 的基于CT扫描重建3D打印点阵结构细观模型的仿真方法， 包括 以下步骤： [0008](1)通过3D打印技术制造点阵结构实体模型后， 通过Micro ‑CT系统对实体模型的 显微结构进行三维断层扫描， 通过调节扫描样 品与Micro ‑CT系统中X射线管的距离来确 定 Micro‑CT扫描体素分辨率， 扫描过程中， 将实体模型旋转360 °获得一组不同角度的断层图 像； [0009](2)将CT扫描处理后的断层图像导入Mimics软件中， 然后利用Mimics软件中的图 像处理模块， 对断层图像进 行分裂、 切片、 光滑和重构处理， 得到的点阵结构细观模 型， 然后 利用Mimics软件中的有限元处理模块， 将点阵结构细观模型转换成空间网格， 选择生成网说　明　书 1/3 页 3 CN 115408902 A 3