面向连续纤维增强热塑性复合材料 3D 打印的基于场工具路径生成
图形学
2021-12-23 v1
摘要
我们提出一种用于 3D 打印连续纤维增强热塑性复合材料的基于场的工具路径生成方法。我们的方法通过沿关键区域中拉应力的方向生成工具路径，利用了连续纤维强烈的各向异性材料属性。此外，工具路径分布的密度以与应力值成比例的自适应方式控制。具体而言，从给定载荷下的应力张量生成矢量场，并对其进行处理以使得相邻矢量间具有更好的兼容性。随后通过计算一个最优标量场，使其梯度逼近该矢量场。之后，提取该标量场的等值线以生成连续纤维增强的工具路径，这些路径还与用户选定区域中的边界保形工具路径相集成。我们方法的有效性已在多种模型与不同载荷条件下得到验证。通过在聚乳酸（PLA）基体中 3D 打印连续碳纤维（CCF）试样进行了实验测试。与使用独立于载荷的工具路径进行增强相比，使用相同（甚至略少）量连续纤维时，由我们的方法制造的试样在物理测试中机械强度提升高达 71.4\%。
引用
@article{arxiv.2112.12057,
title = {Field-Based Toolpath Generation for 3D Printing Continuous Fibre Reinforced Thermoplastic Composites},
author = {Xiangjia Chen and Guoxin Fang and Wei-Hsin Liao and Charlie C. L. Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.12057},
year = {2021}
}