快速成形工藝軟件的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文對快速成形軟件的體系結(jié)構(gòu)、核心算法和工藝算法進行了研究，內(nèi)容包括離線式快速成形軟件體系結(jié)構(gòu)、STL（Stereo Lithography）模型布爾運算算法、快速成形工藝算法以及提高選擇性激光燒結(jié)制件精度的方法四個方面。其理論和成果，不僅為華中科技大學(xué)快速成形軟件和設(shè)備水平的提高作出了貢獻，而且為快速成形技術(shù)在我國的發(fā)展提供了有力的支持。
　　 為了適應(yīng)快速成形技術(shù)的進步和加工方法的革新，本文按照領(lǐng)域工程、面向構(gòu)件的思想，研究

2、并實現(xiàn)了快速成形軟件的統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu)，它基于分層架構(gòu)+支撐平臺和領(lǐng)域細化逐步求精的思想，包括工藝規(guī)劃軟件和系統(tǒng)控制軟件。采用該軟件系統(tǒng)可以縮短因快速成形加工方法和設(shè)備型號改變而引起的軟件開發(fā)的周期，同時可以提高軟件的開發(fā)質(zhì)量。目前該軟件系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在華中科技大學(xué)研發(fā)的多種快速成形設(shè)備上，取得了良好的效果。
　　 快速成形工藝規(guī)劃軟件的許多高級和核心功能都必須借助于對STL模型的布爾運算來實現(xiàn)，然而國內(nèi)的學(xué)者對于這一問題的研究

3、還處在初級階段，算法的效率和穩(wěn)定性都比較差。文通過精確的空間離散化的方法快速地找到可能參與相交運算的三角面片的最小集合，大大降低了三角面片之間的求交次數(shù)，顯著地提高了算法的效率。采用七元組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄交線段。依據(jù)STL文件的拓撲關(guān)系快速、準(zhǔn)確地提取交線鏈和交線環(huán)，避免了采用容差法進行提取。通過判斷射線到三角面片的有向距離來確定三角面片和每個區(qū)域的位置關(guān)系。采用規(guī)避歧義位置的方法，解決了判斷位置關(guān)系時出現(xiàn)的歧義情況。最后，重新三角化相應(yīng)

4、的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)布爾運算。該算法的效率和穩(wěn)定性均已達到RP業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的軟件Magics RP的水平。
　　 根據(jù)快速成形工藝發(fā)展的需求，實現(xiàn)了變掃描矢工藝路徑算法，該掃描方式使得選擇性激光熔化成形過程中制件充分熔化，提高了制件的成形性能和質(zhì)量?；诼窂阶粉櫵惴ǖ姆中螔呙韫に噷崿F(xiàn)了二維任意輪廓的分形曲線填充，該掃描方式使得選擇性激光燒結(jié)零件的致密度得到較大提高。實現(xiàn)了基于PowerRP軟件系統(tǒng)的掩膜法光固化工藝規(guī)劃軟件并解決了相應(yīng)的工藝

5、問題。
　　 制件的翹曲是高分子聚合物選擇性激光燒結(jié)過程中普遍存在的破壞性現(xiàn)象，對這種現(xiàn)象的合理抑制是提高SLS成形精度的關(guān)鍵。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，提出了采用熱源平衡支撐的方法來解決加工過程中由于溫度場的不均勻進而導(dǎo)致應(yīng)力場不均最終引起制件翹曲變形的問題。熱源平衡支撐在樣式和參數(shù)的選擇上需要考慮材料的物理性能，化學(xué)性能，材料與激光相互作用后產(chǎn)生的收縮和熱傳導(dǎo)等因素，更重要的是熱源平衡支撐要盡可能