本發(fā)明涉及機械制造，特別涉及一種晶格結構、零部件及其制備方法。

背景技術：

1、增材制造技術是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動直接制造零件的科學技術體系?；诓煌姆诸愒瓌t和理解方式，增材制造技術還有快速原型、快速成形、快速制造、3d打印等多種稱謂，它綜合了計算機的圖形處理、數(shù)字化信息和控制、激光技術、機電技術和材料技術等多項高科技技術的優(yōu)勢，解決了工業(yè)中各種復雜結構零件的成形的問題。

2、然而，現(xiàn)有的基于增材制造技術的零件一般是基于桁架支撐結構的晶格結構，其特征表現(xiàn)為基于多邊形結構的頂點和邊線，生成單元結構模塊，最終零件通過在三維空間重復生成周期性的單元結構模塊。這種基于多面體和方形橫截面的支撐晶格，存在局部應力集中，機械性能弱化的缺陷，且容易出現(xiàn)懸垂變形的問題。對此，本領域技術人員提出了采用曲面設計或基于三周期極小曲面設計的方案來改善該問題。但目前所使用的極小曲面隱函數(shù)方程中的常數(shù)項達到一定閾值后，所設計的連續(xù)區(qū)域便開始分段或分離，無法生成低密度，且連續(xù)連通的晶格結構。

3、因此，亟需一種新設計方法，來解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種晶格結構、零部件及其制備方法，以解決如何制備出低密度輕量化零部件；如何在低密度輕量化的前提下，提高晶格結構的連續(xù)性；如何提高晶格結構的支撐性；如何調(diào)節(jié)晶格結構的支撐性；如何緩解懸垂變形；如何制備出適用于真空環(huán)境的零部件；以及，如何降低制備成本中的至少一個問題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種晶格結構，包括：多個呈周期性排布的晶胞；

3、所述晶胞具有沿不同方向延伸的多個連接端，且各個所述連接端的外周形貌呈曲面形；其中，每個所述連接端的外周形貌由預設的曲面方程確定，以至少使得相鄰所述晶胞的所述連接端連續(xù)相接。

4、可選的，在所述的晶格結構中，所述曲面方程包括曲面基本項和補償項；其中，所述曲面基本項用于確定所述晶胞的曲面模型，所述補償項用于調(diào)節(jié)各個所述連接端的外周形貌。

5、可選的，在所述的晶格結構中，所述曲面基本項包括三周期極小曲面隱函數(shù)方程：

6、cos(x)+cos(y)+cos(z)≥k1；或，sin(x)+sin(y)+sin(z)≥k1；

7、其中，(x，y，z)為三維空間坐標系中任意一點坐標，k1為常數(shù)項，且k1∈[0，π]。

8、可選的，在所述的晶格結構中，所述補償項包括：

9、k2cos(x)cos(y)cos(z)；或，k2sin(x)sin(y)sin(z)；

10、其中，(x，y，z)為三維空間坐標系中任意一點坐標，k2為常數(shù)系數(shù)，且k2∈[0，2]。

11、可選的，在所述的晶格結構中，所述補償項包括：

12、k2[cos(x)cos(y)+cos(y)cos(z)+cos(z)cosx(x)])，或(k2[sin(x)sin(y)+siny(y)sin(z)+sin(z)sin(x)]；

13、其中，(x，y，z)為三維空間坐標系中任意一點坐標，k2為常數(shù)系數(shù)，且k2∈[0，1]。

14、可選的，在所述的晶格結構中，所述曲面方程還包括方向參數(shù)p，所述方向參數(shù)p為所述曲面基本項的系數(shù)，且p∈[0，2]。

15、可選的，在所述的晶格結構中，所述晶格結構還包括保護膜，所述保護膜覆蓋于每個所述晶胞的外表面，和/或，所述保護膜覆蓋所述晶格結構的外表面。

16、可選的，在所述的晶格結構中，所述保護膜的材質(zhì)包括高分子材料。

17、基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種零部件，包括所述的晶格結構。

18、基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種零部件的制造方法，采用增材制造工藝或減材制造工藝制造所述的晶格結構，和/或，制造所述的零部件。

19、綜上所述，本發(fā)明提供一種晶格結構、零部件及其制備方法。其中，所述晶格結構包括多個呈周期性排布的晶胞；所述晶胞具有沿不同方向延伸的多個連接端，且各個所述連接端的外周形貌呈曲面形；其中，每個所述連接端的外周形貌由預設的曲面方程確定，以至少使得相鄰所述晶胞的所述連接端連續(xù)相接?；诖?，外周形貌呈曲面形的所述連接端有利于改善集中應力問題，并能夠降低懸垂風險。此外，所述曲面方程還能夠在基本曲面的基礎上進一步調(diào)節(jié)所述連接端的外周形貌，使得相鄰所述晶胞的所述連接端連續(xù)相接，避免在生成低密度的晶格結構過程中出現(xiàn)結構分段或分離的情況，增強了所述晶格結構的連續(xù)性和均勻性，有利于在相同支撐性能下降低制備成本。

技術特征：

1.一種晶格結構，其特征在于，包括：多個呈周期性排布的晶胞；

2.根據(jù)權利要求1所述的晶格結構，其特征在于，所述曲面方程包括曲面基本項和補償項；其中，所述曲面基本項用于確定所述晶胞的曲面模型，所述補償項用于調(diào)節(jié)各個所述連接端的外周形貌。

3.根據(jù)權利要求2所述的晶格結構，其特征在于，所述曲面基本項包括三周期極小曲面隱函數(shù)方程：

4.根據(jù)權利要求2所述的晶格結構，其特征在于，所述補償項包括：k2cos(x)cos(y)cos(z)；或，k2sin(x)sin(y)sin(z)；

5.根據(jù)權利要求2所述的晶格結構，其特征在于，所述補償項包括：k2[cos(x)cos(y)+cos(y)cos(z)+cos(z)cosx(x)])，或(k2[sin(x)sin(y)+siny(y)sin(z)+sin(z)sin(x)]；

6.根據(jù)權利要求2所述的晶格結構，其特征在于，所述曲面方程還包括方向參數(shù)p，所述方向參數(shù)p為所述曲面基本項的系數(shù)，且p∈[0，2]。

7.根據(jù)權利要求1所述的晶格結構，其特征在于，所述晶格結構還包括保護膜，所述保護膜覆蓋于每個所述晶胞的外表面，和/或，所述保護膜覆蓋所述晶格結構的外表面。

8.根據(jù)權利要求7所述的晶格結構，其特征在于，所述保護膜的材質(zhì)包括高分子材料。

9.一種零部件，其特征在于，包括如權利要求1～8中任意一項所述的晶格結構。

10.一種零部件的制造方法，其特征在于，采用增材制造工藝或減材制造工藝制造如權利要求1～8中任意一項所述的晶格結構，和/或，制造如權利要求9所述的零部件。

技術總結
本發(fā)明提供一種晶格結構、零部件及其制備方法。其中，所述晶格結構包括多個呈周期性排布的晶胞；所述晶胞具有沿不同方向延伸的多個連接端，且各個所述連接端的外周形貌呈曲面形；其中，每個所述連接端的外周形貌由預設的曲面方程確定，以至少使得相鄰所述晶胞的所述連接端連續(xù)相接?；诖耍庵苄蚊渤是嫘蔚乃鲞B接端有利于改善集中應力問題，并能夠降低懸垂風險。此外，所述曲面方程還能夠在基本曲面的基礎上進一步調(diào)節(jié)所述連接端的外周形貌，使得相鄰所述晶胞的所述連接端連續(xù)相接，避免在生成低密度的晶格結構過程中出現(xiàn)結構分段或分離的情況，增強了所述晶格結構的連續(xù)性和均勻性，有利于在相同支撐性能下降低制備成本。

技術研發(fā)人員：吳飛
受保護的技術使用者：上海微電子裝備（集團）股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2