增材制造中拓扑差异的分类

增材制造（AM）为复杂结构的设计提供了巨大的自由度。然而，过程相关的局限性导致设计形状与制造形状之间的差异尚未被充分理解。在无数种不同的用可制造复制品近似设计的方法之间的权衡更是难以刻画。为支撑面向增材制造的设计（DfAM），必须量化增材制造过程引入的局部差异，识别对原始设计意图有害的偏差（若有），并规定对设计和/或工艺参数的修改以抵消其影响。我们此项工作的重点在于拓扑分析。许多应用中有充分证据表明，即使可容忍轻微几何偏差，保持局部拓扑（例如晶格中梁的连接性）也很重要。我们首先提出一种通用方法，刻画增材制造中因材料沉积不足和过度而引起的局部拓扑差异，并展示它如何捕获制造结构中各类缺陷。我们利用该信息在可用 3D 打印机分辨率限制内系统性地修改制造结果，而这通常以引入更多几何偏差为代价（例如加粗梁以避免断开）。我们在具有非平凡拓扑（如晶格结构和泡沫）的 3D 示例上验证了该方法的有效性。