为可增材制造的夹层板生成填充几何形状的系统和方法与流程

本发明总体上涉及增材制造，更具体地说，涉及用于为可增材制造的夹层板生成填充几何形状(infill geometry)的系统和方法。

背景技术：

1、夹层板是由一对通过内芯互连的面板构成的结构。内芯通常是相对轻质的材料或轻质的结构布置，并生成具有相对较高的比弯曲刚度的轻质板。夹层板可以使用增材制造来制造，增材制造涉及在彼此之上连续施加和固化材料层。例如，粉末床熔融是其中金属粉末以逐层的方式熔融，从而构建零件，如夹层板的增材制造类型。

2、增材制造夹层板的传统工艺涉及根据现有技术填充几何形状制造内芯。现有技术填充几何形状具有均匀尺寸和形状的正交重复结构图案。在增材制造过程中，仅制造结构图案位于面板之间的部分。这可能会导致内芯和面板之间的填充/面板界面处出现不规则和不一致的拓扑学。某些填充/面板界面位置处的形状可能带来制造挑战，和/或当夹层板受到载荷时可导致高应力集中。

3、某些现有技术的填充几何形状也可能在增材制造构建过程完成时去除松散粉末方面存在挑战。例如，构成夹层板内芯的单位胞腔(unit cell)结构可具有捕获松散粉末或抑制其去除的几何形状。由于经济和/或环境原因，夹层板内残留的松散粉末可能存在问题。例如，无法回收和再利用所有可用的未使用的粉末会增加生产计划的成本。

4、可以看出，本领域需要一种以在内芯和面板之间的填充/面板界面位置处产生一致的足迹图案的方式为夹层板的内芯生成板填充几何形状的系统和方法。优选地，构成内芯的单位胞腔结构具有在增材制造构建过程完成时提高去除松散粉末的能力的几何形状。此外，单位胞腔几何形状优选具有对称性，其可以适应为不规则形状的板生成填充几何形状，这些板也可能在一个或两个方向上包括曲率。

技术实现思路

1、本公开内容解决了与制造夹层板相关的上述需求，提供了一种生成夹层板的板填充几何形状的方法。该方法包括提供代表夹层板的板中间面(panel mid-surface)的驱动器网格(driver mesh)。驱动器网格由多个四边形元组成。该方法另外包括提供具有单位胞腔几何形状的参考单位胞腔网格，该单位胞腔几何形状被配置为精确地吻合(fit)在具有立方体中心和8个立方体角的单位立方体内。参考单位胞腔网格由单位填充网格和位于单位填充网格的相对端处的一对单位面板网格组成。单位胞腔几何形状包括以立方体中心为中心的中空三维中心部分，并且除了分别位于8个立方体角附近的8个开口外是封闭的。该方法还包括通过使用在多个四边形元的每个上定义的基本函数，将多个参考单位胞腔网格分别映射到与多个四边形元分别相关的多个六面体元上，以调整多个参考单位胞腔网格的尺寸和形状分别符合多个六面体元，并导致多个映射的单位胞腔网格，其共同形成具有将一对面板网格互连的板填充几何形状的板填充网格。

2、还公开了一种基于处理器的系统，用于生成填充几何形状，用于互连夹层板的一对面板。基于处理器的系统包括存储器设备，其配置为存储表示夹层板的板中间面的驱动器网格。驱动器网格由多个四边形元组成。参考单位胞腔网格具有单位胞腔几何形状，其配置为精确地吻合在具有立方体中心和8个立方体角的单位立方体内。参考单位胞腔网格由单位填充网格和位于单位填充网格的相对端处的一对单位面板网格组成。单位胞腔几何形状包括以立方体中心为中心的中空三维中心部分，并且除了分别位于8个立方体角附近的8个开口外是封闭的。基于处理器的系统还包括单位胞腔映射模块，其配置为通过使用在多个四边形元的每个上定义的基本函数，将多个参考单位胞腔网格分别映射到与多个四边形元分别相关的多个六面体元上，以调整多个参考单位胞腔网格的尺寸和形状分别符合多个六面体元，并导致多个映射的单位胞腔网格，其共同形成具有将一对面板网格互连的板填充几何形状的板填充网格。

3、还公开了一种夹层板，其包括第一面板、第二面板和板填充结构。板填充结构包括连接第一面板至第二面板的一个或多个层排列的单位胞腔结构的阵列，并且每个单位胞腔结构具有主轴，其局部正交于位于第一面板和第二面板中间的假想板中间面。每个单位胞腔结构包括中空三维中心部分，其除了8个开口外是封闭的。此外，每个单位胞腔结构包括分别位于8个开口处的8个角部。角部与相邻单位胞腔结构的角部互连。

4、所讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种版本中独立实现，或者可以在其他版本中组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和附图可见。

技术特征：

1.一种生成夹层板(120)的板填充几何形状(166)的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个四边形元(148)是线性四边形元(150)，每个线性四边形元(150)具有四个角节点(158)，并且映射所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个四边形元(148)是二次四边形元(152)，每个二次四边形元(152)具有四个角节点(158)和四个中间侧节点(160)，并且映射所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)的步骤包括：

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

10.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)的步骤还包括：

11.一种基于处理器的系统，用于生成填充几何形状，用于互连夹层板(120)的一对面板(102，104)，包括：

12.根据权利要求11所述的基于处理器的系统，其中提供所述参考单位胞腔网格(300)包括：

13.根据权利要求11所述的基于处理器的系统，其中所述参考单位胞腔网格(300)的单位填充部分(246)由连接胞腔网格节点(304)的多边形组成，所述胞腔网格节点(304)在满足以下关系的胞腔网格节点(304)的集合中：

14.根据权利要求11所述的基于处理器的系统，其中所述参考单位胞腔网格(300)的单位填充部分(246)由连接胞腔网格节点(304)的多面体组成，所述胞腔网格节点(304)具有由在给定半径的球体(236)内的所有点的集合和满足以下关系的所有点的集合的闵可夫斯基和中的点给出的坐标：

15.根据权利要求11所述的基于处理器的系统，其中所述参考单位胞腔网格(300)的单位填充部分(246)由连接胞腔网格节点(304)的多面体组成，所述胞腔网格节点(304)具有满足以下关系的坐标：

16.一种夹层板(120)，其包括：

17.根据权利要求16所述的夹层板(120)，其中所述板填充结构(164)在所述单位胞腔结构(206)之间的接合处具有平滑的圆形过渡。

18.根据权利要求16所述的夹层板(120)，其中所述夹层板(120)是双重弯曲的。

19.根据权利要求16所述的夹层板(120)，其中所述单位胞腔结构(206)中的每一个具有可变壁厚度。

20.根据权利要求16所述的夹层板(120)，其中每个单位胞腔结构是多层(234)单位胞腔结构，所述多层单位胞腔结构由堆叠在彼此之上的两个或更多个单位胞腔结构(206)组成。

技术总结本发明的名称是为可增材制造的夹层板生成填充几何形状的系统和方法。一种生成夹层板(120)的板填充几何形状(166)的方法包括提供由四边形元(148)组成的驱动器网格(142)。该方法额外地包括提供参考单位胞腔网格(300)，其具有被配置为精确地吻合在单位立方体(202)内的单位胞腔几何形状。单位胞腔几何形状(210)包括中空中心部分(218)，该中空中心部分(218)以立方体中心(203)为中心，并且除了分别位于单位立方体(202)的8个角部(222)附近的8个开口(220)之外是封闭的。该方法还包括通过使用在多个四边形元(148)中的每个四边形元上定义的基本函数将参考单位胞腔网格(300)分别映射到与多个四边形元(148)分别相关的多个六面体元(154)上，以调整多个参考单位胞腔网格(300)的尺寸和形状，从而分别符合多个六面体元(154)。技术研发人员：M·C·埃尔福德受保护的技术使用者：波音公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29