發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 16:44

【摘要】： 經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)在快速成形(Rapid Prototyping,RP)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但許多方面與國(guó)際領(lǐng)先水平相比還存在不小的差距。本文對(duì)快速成形軟件與工藝的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究,內(nèi)容包括STL模型布爾運(yùn)算的研究與實(shí)現(xiàn)、相交性測(cè)試的優(yōu)化、SLS(Selective Laser Sintering)輻射加熱建模、以及SLS自動(dòng)控溫四個(gè)方面。其理論和成果,不僅為華中科技大學(xué)RP軟件和設(shè)備提高水平、實(shí)現(xiàn)商品化作出了較大貢獻(xiàn),而且為快速成形技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供了有力的軟件工具。 STL模型布爾運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)是國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)優(yōu)秀的RP數(shù)據(jù)處理軟件的瓶頸問(wèn)題,本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于交線環(huán)探測(cè)的STL模型布爾運(yùn)算的算法。通過(guò)相交性測(cè)試獲得相交三角形及對(duì)應(yīng)的相交線段,通過(guò)以交線環(huán)探測(cè)為目標(biāo)來(lái)確定交線的有效性,大大提高了布爾運(yùn)算過(guò)程的效率和穩(wěn)定性。分別以交線鏈和交線環(huán)為邊界,對(duì)相交三角形和相交表面進(jìn)行了剖分。通過(guò)判斷特征點(diǎn)是否在實(shí)體對(duì)應(yīng)高度切片的實(shí)體區(qū)域內(nèi),實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)體各個(gè)面域與另一個(gè)實(shí)體的包含關(guān)系的判斷。通過(guò)布爾運(yùn)算可以在三維層次上修改和編輯STL模型,這為解決RP應(yīng)用過(guò)程中一系列棘手的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題提供了一個(gè)有力的工具。 STL模型布爾運(yùn)算求交時(shí),直接對(duì)兩個(gè)模型的基本幾何元素間兩兩進(jìn)行相交性測(cè)試,會(huì)遇到嚴(yán)重的算法效率問(wèn)題。本文提出了空間分解法和層次包圍體樹(shù)法兩種相交性測(cè)試優(yōu)化方法,并詳細(xì)說(shuō)明了采用均勻單元格的空間分解法和AABB層次包圍體樹(shù)法對(duì)相交性測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化的具體步驟。這兩類(lèi)方法通過(guò)快速排除明顯不會(huì)發(fā)生相交的三角形,找出潛在的相交區(qū)域或潛在的相交三角形對(duì),大大減少了必須直接進(jìn)行相交性判斷的三角形對(duì)的數(shù)目,提高了算法效率。 燒結(jié)尼龍基復(fù)合材料直接制作功能件是SLS技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。但國(guó)產(chǎn)SLS設(shè)備的預(yù)熱溫度場(chǎng)的均勻性難以滿(mǎn)足尼龍材料燒結(jié)時(shí)苛刻的控溫要求,嚴(yán)重制約了SLS功能件材料的實(shí)驗(yàn)研究與推廣應(yīng)用。為了找出影響溫度場(chǎng)分布不均的直接原因及影響溫度場(chǎng)分布的因素,本文對(duì)HRPS系列SLS燒結(jié)系統(tǒng)采用的管式輻射加熱系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得了各個(gè)安裝高度下溫度場(chǎng)的分布情況、均勻度以及最大偏差的變化曲線。通過(guò)總結(jié)不同高度下溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,提出了合理的改善預(yù)熱溫度場(chǎng)均勻性的措施。這種分析方法為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)輻射加熱均勻性較好的預(yù)熱裝置提供了有益的借鑒和分析工具。 制件的翹曲是高分子聚合物選擇性激光燒結(jié)過(guò)程中普遍存在的破壞性現(xiàn)象,對(duì)這種現(xiàn)象的合理抑制是燒結(jié)工藝的關(guān)鍵性?xún)?nèi)容。傳統(tǒng)的采用人工調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度的方法大大增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,嚴(yán)重影響了設(shè)備的智能化和自動(dòng)化水平。本文分析和總結(jié)了翹曲產(chǎn)生的原因以及翹曲現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律,利用翹曲規(guī)律將整個(gè)逐層加工過(guò)程的控溫工藝分為一般層控溫和關(guān)鍵層控溫。通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵層的自動(dòng)判斷、系統(tǒng)的自動(dòng)精確測(cè)溫、升降溫速度自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能,使逐層制造過(guò)程中各層預(yù)熱溫度能根據(jù)各層屬性的不同自動(dòng)調(diào)節(jié),真正實(shí)現(xiàn)了SLS成形過(guò)程的自動(dòng)化。
【圖文】：

圖 1-1 RP 軟件基本功能描述.2.1 國(guó)外成形軟件概述國(guó)外的 RP 公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì) RP 軟件都非常重視并投入大量人力和資金進(jìn)行軟的研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)外的各大 RP 系統(tǒng)生產(chǎn)商一般都開(kāi)發(fā)自己的數(shù)據(jù)變換接口軟件，如 3DYSTEM 公司的 ACES、QuickCast，Hellisys 公司的 LOMSlice，DTM 的 Rapid Too1，tratasys 的 QuickSlice、SupportWorks、AutoGen，Cubital 的 SoliderDFE，Sanderrototype 的 protoBuild 和 ProtoSupport 等[4]。由于 CAD 與 RPM 的數(shù)據(jù)變換接口軟件開(kāi)發(fā)的困難性和相對(duì)獨(dú)立性，國(guó)外涌現(xiàn)很多作為 CAD 與 RP 系統(tǒng)之間橋梁的第三方軟件，這些軟件一般都以常用的數(shù)據(jù)件格式作為輸入輸出接口。輸入的數(shù)據(jù)文件格式有 STL、IGES、DXF、HPGL、T 層片文件等，，而輸出的數(shù)據(jù)文件一般為 CLI。以下是國(guó)外比較著名的一些第三方接口軟件，其中 Magics RP 是當(dāng)今最有影響

圖 1-2 Magics RP 的軟件界面(3)模型的最優(yōu)放置 快速放置工具能夠?qū)⒍鄠�(gè)零件快速而方便的放在平臺(tái)上，能夠在幾秒鐘內(nèi)將零件轉(zhuǎn)換到所希望的成型角度。(4)分層功能 對(duì) STL 模型進(jìn)行切片，能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)切片輪廓的正確性進(jìn)行校驗(yàn)，將切片結(jié)果輸出為不同的文件格式供加工軟件使用。(5)支撐設(shè)計(jì)模塊 能在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)設(shè)計(jì)出各種類(lèi)型的支撐。(6)網(wǎng)格優(yōu)化模塊(Remesh) 由于眾多的 FEA & CFD(有限元分析和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))模擬軟件采用 STL 模型作為三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，模擬時(shí)對(duì)三角面片的形態(tài)質(zhì)量有較高的要求，三角片的形狀越接近等邊三角形，F(xiàn)EA 計(jì)算的結(jié)果就越接近真實(shí)情況。該模塊可以快速地將形狀細(xì)長(zhǎng)的三角片轉(zhuǎn)化成近似等邊的三角形面片。(7)點(diǎn)云輸入模塊(Point cloud import) 該模塊可以將反求系統(tǒng)獲得的點(diǎn)云直接導(dǎo)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類(lèi)號(hào)】：TH16

【引證文獻(xiàn)】

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1 劉冰;張李超;莫健華;錢(qián)波;;基于空間離散化的STL模型布爾運(yùn)算[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

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1 李敏;金屬板材漸進(jìn)成形CAM技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 呂狀;三維網(wǎng)格模型編輯變形方法的研究與實(shí)現(xiàn)[D];西北大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2703361