1. 研究目的与意义（文献综述）

3d打印技术主要用于航空航天，医疗等领域，以及打印的物体的成本与打印物体的质量成正比，要求3d打印的物体在保证性能的前提下（强度，硬度等）质量尽可能轻。在轻量化方向国内外已经有人做了研究，国内浙江大学的赵斌涛^[1]提出了一种基于桁架结构的3d打印轻量化模型，该模型由抽壳模型和桁架结构模型组合而成，相较于传统的填充方式，这种方式有更好的力学性能和占用更少的空间，但这样的模型只能在整体上提高物体的力学性能，并没有考虑到物体的实际受力情况。姜缪文^[2]等提出了基于拓扑优化技术的军用头盔内丹结构设计，其核心是使用hyper works中的opti struct对军用头盔进行结构优化，采用结构势能最小算法，使得头盔在性能基本不变的条件下减轻重量，为达到减轻外部冲击对人体头部的损伤，采用了蜂窝式吸能机构。这种轻量化方法只适用于军用头盔，不具备广泛通用性，而且其蜂窝结构为后续人为建模添加，在模型设计上不具备简约性，且进一步的将设计步骤复杂化。chen^[3]等仿照人体骨头的结构，提出了一种基于设计要求的微结构综合法，即从微结构设计库中选择合适的微结构替换原有的内部空间，达到控制内部结构密度，强度的目的，从而实现轻量化，但其没有进行相应的有限元分析，没有针对不同的微结构进行相应的力学实验验证。wang^[4]等受建筑中常见桁架的启发，提出了一种自动生成蒙皮框架结构的方法，采用拓扑优化和遗传算法两种方法去除冗余支撑，这种方法确保了三维打印中的结构稳定性，几何逼近性，自平衡型和可打印性，但其轻量化效果不是很明显。

yan等^[5]研究评估了激光选区熔化技术（selective laser melting, slm）生产周期性细胞晶格结构的可制造性，报道了细胞晶格结构的计算方法，以及不同尺寸，体积分数和取向的细胞晶格对可制造性和压缩性能的影响^[6]，让我们认识到多孔结构在3d打印中的优势，高强度，低质量，良好的能量吸收特性和良好的隔热和隔声性能，并在一定程度上指导实验时所需要打印的零件的参数设计。侯士通，王莹^[7]采用ansys的apdl语言，读取matlab计算得到的疲劳寿命及失效概率数据，利用ansys宏命令为有限元模型进行赋值即可实现预定的功能，这个启示可以用matlab实现多孔结构的模型构建，然后根据ansys中应力云图的需要，将结构导入ansys中。张功学^[8]，田杨采用ansys workbench中的shape finder模块对车架结构进行了优化，在保证性能的前提下，去除应力较小的部分，实现减轻物体重量的效果。激光选区熔化技术^{[9, 10]}的工作原理如图1所示是将三维模型导入切片软件进行切片分层，由每层的轮廓生成填充扫描路径，激光按这些路径融化每层的金属粉末，逐步堆叠成型。

本研究的目的是通过ansys软件对物体进行受力分析，以期通过在软件层面上让物体的结构更优化，经过结构优化后的物体通过slm的方式进行打印得到多孔结构的物体，从而达到保证强度的前提下达到减轻重量的目的。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

（1）收集，学习相关资料，了解现有的3d打印轻量化方法；

（2）分析各种方法的优缺点，进一步提出一种实现3d打印轻量化的方法；

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，了解相关内容的国内外研究现状，对比优缺点，进一步提出一种新的方法，完成开题报告；

第4-5周：完成五千字的外文翻译，并确定这种方法的可行性；

第6-8周：进行方法的实施，代码的书写，测试模型的设计和应力分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]赵斌涛. 基于桁架结构的3d打印轻量化模型生成研究[d]. 浙江大学, 2016.

[2]姜缪文, 闫健卓. 基于拓扑优化技术的军用头盔内胆结构三维打印[j]. 兵工学报, 2017, 38(9):1845-1853.

[3]chen y. 3d texture mapping for rapid manufacturing[j]. computer-aided design and applications, 2007, 4(6):761-771.