3D列印STL檔格柵網格建模技術

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3D列印STL檔格柵網格建模技術
Jun.05,2024

 

作者 : 瑞其科技 Chris

前言 

       近年3D列印在製造、醫療、航空航天等領域的應用越來越廣泛,許多新的材料和技術被引入,使得3D列印可以製造出更加複雜、更具功能性的產品,例如:人工器官、組織和結構、假肢、矯形器等,皆可以通過3D列印技術來製造,以滿足不同患者的需求。           
       其中,對於3D列印的部件,特別是那些具有特殊晶格結構的部件,力學分析至關重要。這包括分析部件的應力、應變、剛度等力學特性,以確保其在實際應用中具有足夠的強度和耐久性。

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技術挑戰 

       在3D列印產品進行結構分析前,首先會面臨到STL檔建模困難的挑戰,STL檔是一種常見的3D列印文件格式,通常是由眾多表面組成的,而且可能存在非封閉的幾何形狀,破面和重複面是常見的問題,這增加了建構網格模型的難度。

        
       從STL檔案建構網格模型,需要採取以下步驟: 

  • STL檔案修復:
    對STL檔案進行修復,以解決其中可能存在的錯誤、缺陷或非封閉的幾何結構,需要軟體具備檢測並修復STL檔案中的上百上千個缺陷(例如:破面、重複面),以及手動修復等功能。 

     

  • 逆向工程:
    進行逆向工程,將STL檔案轉換為幾何模型,使用CAD軟體手動建構幾何模型,或者使用自動化工具來進行幾何重建。 

     

  • 網格生成:
    這一步驟取決於上一步逆向工程所生成的CAD品質,由於CAD是參考STL檔重新建構,並不是傳統的參數式建模,因此CAD的品質難以報保證,當CAD上有很多不必要的特徵線,或是在關鍵的區域沒有特徵線,都則都會顯著影響Mesh生成後的網格品質。

       從STL檔案建構FEM網格模型是一項複雜的工作,需要使用適當的工具和方法,以及具有相應的工程經驗,才能有效率獲得高品質的網格模型,以進行準確的有限元分析。 解決方案。

解決方案 

       為了滿足這一需求,瑞其科技開發了2套全新的格柵網格生成技術解決方案
       分別應用有限元素分析軟體Simlab無網格分析軟體Simsolid,針對格柵網格進行有線元素分析以及無網格分析技術。
 

 
 

方案1:有限元素分析技術流程 

 使用軟體:Inspire、Simlab

方案1有限元素技術流程

有限元素分析技術亮點

  • Inspire Studio為Altair的高階外型設計工具,能有效的生成與編輯幾何模型,具備直接將STL檔轉換為CAD檔的功能,利用此功能,即使是匯入的檔案是stl檔也還是可以再次修改外型,執行例如布林運算等功能,生成新的CAD檔。

  •  

  • SimLabd具有強大的網格編輯功能,對於有複雜特徵線的CAD能快速自動做網格建構,且網格外型能盡量維持高品質,並可對網格模型進行微調,確保符合分析需求。

  • SimLab為多物理場分析平台,提供一條龍的技術,使得前處理、求解和後處理都可以在同一平台上完成

  • 透過Inspire Studio和SimLab的協同應用,我們能夠克服從STL檔建構FEM網格的困難,快速且自動地建構高品質的FEM網格,大大提高了前處理的效率和便利性。  



 

方案2:無網格分析技術流程  

使用軟體:Inspire、SimSolid

方案2無網格分析技術流程

無網格分析技術亮點

  • Inspire Studio為Altair的高階外型設計工具,能有效的生成與編輯幾何模型,具備直接將STL檔轉換為CAD檔的功能,利用此功能,即使是匯入的檔案是stl檔也還是可以再次修改外型,執行例如布林運算等功能,生成新的CAD檔。。

  • SimSolid 不須切網格、不須簡化幾何、計算速度極快。
  • SimSolid 定位為設計前端的模擬仿真工具,由於能快速地得到分析結果,因應設計變更的能力極強,即使有好幾版的不同設計,也能快速地得到結果並篩選設計。
  • SimSolid功能強大,即使幾何為大型組合件,或是幾何特徵極複雜的外型,都能輕鬆處理。

  • Inspire Studio & SimSolid協同應用之技術,能將stl檔直接轉存為CAD檔甚至是修改外型,生成新的CAD檔用以後續模擬分析,完全不需要處理網格,也不需逆向繪製3D幾何,具備超高效率且易於操作實現的分析流程。


結論

瑞其科技開發的格柵網格生成技術具有以下優勢:

  • 高效性: 我們的技術流程大大簡化了從STL檔案建構網格模型的過程,節省了大量的時間和人力成本。
  • 準確性: 我們的網格生成算法能夠生成高品質的網格模型,保證分析結果的準確性。
  • 易用性: 我們的軟體具有直觀的用戶界面和友好的操作流程,使得即使是非專業人士也能輕鬆上手。


 

瑞其科技是"CAE與AI大數據的專家",我們完成了許多成功的案例實績
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