光固化三維打印快速成形關鍵技術研究.pdf

1、隨著經濟的全球化，市場競爭將越來越激烈，產品能否快速響應市場已經成為企業(yè)競爭勝敗的關鍵，因此，對能夠提高新產品開發(fā)成功率、降低產品開發(fā)時間和開發(fā)成本的快速成形設備的需求將越來越大。同其它主流快速成形技術相比，三維打印快速成形技術在成形速度、可成形材料種類、設備價格、運行和維護成本等方面具有明顯優(yōu)勢，具有良好的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應用前景，代表著快速成形技術的發(fā)展方向。根據三維打印快速成形技術發(fā)展的趨勢，結合我國工業(yè)生產的需要，本文主要開展了

2、光固化三維打印快速成形技術的研究，致力于開發(fā)具有自主知識產權的經濟型光固化三維打印快速成形設備。論文的主要研究內容如下：
　　 對噴射液滴在成形表面上的擴展和再融合過程進行了理論分析，經計算確定了在作者設計的光固化三維打印快速成形系統(tǒng)中，XY平面上的實際打印分辨率要求應不低于300dpi，Z軸方向上的最小成形層厚為0.011mm。對光固化三維打印快速成形工藝中材料固化過程進行了理論分析，得到了最大固化深度與紫外燈的運動速度之間的

3、關系，以及打印頭沿X軸運動速度與切片厚度應滿足的關系。
　　 基于保證使用性能和降低設備硬件成本的思想，進行了光固化三維打印快速成形原型機的機械系統(tǒng)、控制硬件系統(tǒng)和控制軟件系統(tǒng)的總體規(guī)劃和結構設計，為開發(fā)出具有自主知識產權的光固化三維快速成形設備奠定了基礎。
　　 根據光固化三維打印快速成形技術中單層成形加工所需要的控制狀態(tài)數，采用了2張單色位圖來表示光固化三維打印快速成形系統(tǒng)中的層面數據，一張表示實體數據信息，另一張表

4、示支撐數據信息。位圖數據的生成采用掃描線填充方式，結合快速成形系統(tǒng)中CAD模型經切片后得到輪廓環(huán)數據的特點，提出了一種基于輪廓邊的位圖生成算法。該位圖生成算法很好地解決了用常規(guī)的活性邊表法難以判斷和處理的當掃描線通過水平輪廓邊所帶來的奇點問題。實現了基于該方法的光固化三維打印快速成形層面實體位圖生成算法和支撐位圖的快速求解算法。
　　 根據光固化三維打印快速成形系統(tǒng)中層面位圖數據的特點和常用無損位圖數據壓縮方法的不足，設計了一種

5、基于字節(jié)的位圖數據無損壓縮方法。該位圖壓縮方法充分利用了光固化三維打印快速成形系統(tǒng)中層面位圖數據的特點，壓縮比高，經過對多個CAD模型的位圖數據的壓縮比較，最小壓縮比為12.1:1，最大壓縮比達53.9:1。該位圖壓縮方法在對位圖數據進行壓縮和解壓的過程中，不需要進行復雜的計算，速度快，耗時少，對光固化三維打印快速成形系統(tǒng)這種有成百上千層位圖數據需要處理的場合不會構成瓶頸，較好地滿足了光固化三維打印快速成形系統(tǒng)中對數據壓縮的要求。

6、>　　 分析了多目標優(yōu)化基準算法——第二代非支配排序遺傳算法的不足，提出了相應的改進措施，在此基礎上提出了一種新的多目標優(yōu)化算法——非支配排序均勻遺傳算法。通過仿真測試表明非支配排序均勻遺傳算法在求解精度、計算效率和避免算法陷于局部最優(yōu)解方面具有明顯優(yōu)勢。
　　 研究了光固化三維打印快速成形工藝中零件制作方向對制件表面質量、所需支撐和制作時間的影響。提出了將基于Pareto最優(yōu)原理的多目標優(yōu)化方法用于零件制作方向優(yōu)化求解的新思