(19)中华 人民共和国 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 202111300582.1 (22)申请日 2021.11.04 (71)申请人 重庆纳研新材 料科技有限公司 地址 401147 重庆市渝北区龙山 街道百灵 路6号兴茂 盛世北辰5幢20层 (72)发明人 黄进　甘霖　胡欢　夏涛　黄奕　 (74)专利代理 机构 重庆青飞知识产权代理有限 公司 50283 代理人 阴知见 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 113/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种各向同性负泊松比材 料的设计方法 (57)摘要 本发明属于超 材料设计制造技术领域， 涉及 一种各向同性负泊松比材料的设计方法， 各向同 性负泊松比结构整体是由重复基础单元构建而 成， 具体构建方法包括以下步骤： 设计基础单元 模型、 组装构建各向同性三维负泊松比立方体结 构进行3D打印， 立方体结构由基础单元经排列、 组装、 堆叠等变换构建， 基础单元是由表面十八 个点的空间坐标决定的实体。 此类各向同性负泊 松比材料在受到可能来源于不同方向复杂的外 部载荷时不需要根据加载方向而对结构进行特 别定向， 不同方向上的力学性能不存在明显差 异， 解决了负泊松比材料实际应用方向性限制严 重的问题。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 113987822 A 2022.01.28 CN 113987822 A 1.一种各向同性负泊松比材料的设计方法， 其特征在于， 各向同性负泊松比结构整体 是由重复基础单 元构建而成， 具体构建方法包括以下步骤： A、 设计基础单元模型： 每个基础单元由八条表面折痕线和八条外边界线构成， 每个基 础单元平面参数为： A( ‑a， b， 0)； B(0， b， ‑c)； C(a， b， 0)； D( ‑a， 0，‑c)； E(a， 0， ‑c)； F(‑a，‑b， 0)； G(0，‑b，‑c)； H(a，‑b， 0)； O(0， 0， 0)； 其中a： b： c的比值为100： 141.422： 20～70； 基础单元 厚度定义在z轴方向， 以各对应点的坐标增减a/10获得z坐标值以形成不同厚度的二 维基础 单元实体； B、 将步骤A通过标准软件构建好的二维基础单元实体于空间中分别沿x， y方向周期性 排列形成带厚度的二维板， x， y方向二维基础单元实体数量相同均为N； 相同的两块二维板 以构成90 °角的方式交叉， 再以两组所述的交叉后产物围绕中心垂直组装构建各向同性三 维负泊松比立方体结构； C、 选择不同3D打印原材料； 输入适合的文件格式导入打印软件， 根据不同打印原料粘 流特性设置打印工艺， 打印过程不需要添加任何支撑材料； 对模型切片， 形成打印路径， 建 立模型， 将模型上传至3D打印机； 无支撑3D打印整体成型， 得到各向 同性负泊松比结构打印 成品。 2.如权利要求1所述各向同性负泊松比材料的设计方法， 其特征在于， 步骤A中a值为 100， b值为141.422， c值为60， 基础单元以各对应点的坐标减10获得z坐标值以形成不同厚 度的二维基础单 元实体。 3.如权利要求1所述各向同性负泊松比材料的设计方法， 其特征在于， 步骤B中N为≥3 的任意数。 4.如权利要求1所述各向同性负泊松比材料的设计方法， 其特征在于， 步骤C中3D打印 原材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、 光固化 树脂中的一种。 5.如权利要求1所述各向同性负泊松比材料的设计方法， 其特征在于， 步骤C中三维负 泊松比结构在3D打印技术制 造时， 清除所有支撑选项设置， 在一层一层堆积的过程中保持 良好的打印形态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 113987822 A 2一种各向同性负泊松比材料的设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于超材料设计制造技术领域， 涉及一种各向同性负泊松比材料的设计方 法。 背景技术 [0002]负泊松比材料是一类典型的机械超材料， 由于具有不同于普通材料的独特性质， 在很多方面具备了其他材料所不能比拟的优势， 尤其是材料的物理机械性能有了很大的提 高， 如具有优异的抗剪切 性、 抗压痕性、 抗断裂性和能量吸收性能等。 因而负泊松比材料有 望用于航空航 天、 医学、 智能传感、 人体工程等领域。 但是， 现有提出的负泊松比材料多 是基 于基础单元周期性排列形成阵列结构设计的， 只能在两个方向即二 维平面上表现负泊松比 效应， 即使是部分三 维负泊松比材料仍难以应对实际应用过程中复杂且难与结构加载定向 高度相符的复杂情况。 [0003]因此， 需要设计一种各向同性负泊松材料， 在保证良好的负泊松比效应前提下使 其具有高度各向同性性质， 从而能够应对可能来源于不同方向复杂的实际加载工况， 解除 负泊松比材 料应用的方向性限制， 极大扩展负泊松比材 料的应用场景。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本发明为了解决现有负泊松比材料存在应用方向性限制， 难以应对实 际应用过程中复杂且难与结构加载定向高度相符的实际工况， 导致其应用场景受限的问 题， 提供一种各向同性负泊松比材 料的设计方法。 [0005]为达到上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种各向同性负泊松比材料的设计 方法， 各向同性负泊松比结构整体是 由重复基础单元构建而成， 具体构建方法包括以下步 骤： [0006]A、 设计基础单元模型： 每个基础单元由八条表面折痕线和八条外边界线构成， 每 个基础单元平面参数为： A( ‑a， b， 0)； B(0， b， ‑c)； C(a， b， 0)； D( ‑a， 0，‑c)； E(a， 0， ‑c)； F(‑a，‑ b， 0)； G(0， ‑b，‑c)； H(a，‑b， 0)； O(0， 0， 0)； 其中a： b： c的比值为100： 141.422： 20～70； 基础单 元厚度定义在z轴方向， 以各对应点的坐标增减a/10获得z坐标值以形成不同厚度的二 维基 础单元实体； [0007]B、 将步骤A通过标准软件构建好的二维基础单元实体于空间中分别沿x， y方向周 期性排列形成带厚度的二维板， x， y方向二维基础单元实体数量相同均为N； 相同的两块二 维板以构成90°角的方式交叉， 再以两组所述的交叉后产物围绕中心垂直组装构建各向同 性三维负泊松比立方体结构； [0008]C、 选择不同3D打印原材料； 输入适合的文件格式导入打印软件， 根据不同打印原 料粘流特性设置打印工艺， 打印过程不需要添加任何支撑材料； 对模型切片， 形成打印路 径， 建立模型， 将模型上传至3D打印机； 无支撑3D打印整体成型， 得到各向同性负泊松比结 构打印成品。说　明　书 1/5 页 3 CN 113987822 A 3