快速成形制造關鍵工藝的研究.pdf

1、快速成形制造（Rapid Prototyping & Manufacturing）技術是由CAD、激光、精密機械、數(shù)控及新材料相結合的一種復合技術，是先進制造領域的發(fā)展前沿。在快速成形制造工藝中，普遍存在零件變形、翹曲、坍塌等問題，易導致成形失敗，即使加工成功也會對成形后零件質量產生很大的影響。開展快速成形制造關鍵工藝的研究對于解決上述問題，提高快速成形制造研究水平有重要的意義。為此，本文分別從快速成形制造工藝中的支撐工藝、掃描方式以及

2、掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理三個關鍵部分進行重點研究，其主要研究內容及結論如下：
　　 在支撐工藝研究方面，針對基于STL格式的實體模型支撐區(qū)域拾取算法速度慢、效率低且不易識別裂縫等問題。本文提出采用遞歸方式搜索模型表面來快速拾取支撐區(qū)域。具體為利用模型中所有三角面片數(shù)據(jù)構造拓撲信息，通過面片相鄰和邊重合關系遞歸搜索，對每個滿足條件的三角面片只搜索一次，因此提高了生成速度，其算法效率達到O(n)，效率高。并能夠輕易的識別出STL文件的裂縫，

3、搜索完成后自動生成三維區(qū)域輪廓邊界環(huán)。對于復雜形狀的STL模型，針對支撐生成時支撐線與實體模型的相交計算復雜的問題，采用標識計算的原理，實現(xiàn)每條支撐線與其對應三角面片作一次三維相交計算，優(yōu)化后的算法大幅度提高效率，并在實際中得到檢驗。以上算法為基礎，應用在網格支撐的生成算法中，降低了支撐生成算法的時間復雜度，提高了支撐的生成效率。
　　 在掃描方式研究方面，針對逐行或分塊變向掃描方式加工復雜零件容易產生應力集中引起翹曲變形的問題

4、，通過采用“基于Voronoi圖的螺旋掃描”方式，減少掃描矢量方向和垂直掃描矢量方向上的應力，降低翹曲變形的趨勢，然后應用在復雜零件的選擇性激光熔化工藝中，解決逐行或分塊變向掃描方式加工復雜零件容易引起翹曲變形等關鍵問題，加工出零部件。針對圓盤型具有內部空腔特征的零件的選擇性激光熔化工藝，提出“基于復合環(huán)形算法的掃描”方式，該掃描方式能夠在每一層熔化成形同時進行預熱掃描，解決了逐行或分塊變向掃描方式加工圓盤型零件的翹曲變形問題。

5、　　 在快速成形掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方面，通過對掃描過程中掃描行程和空行程之間的連接過渡進行優(yōu)化、二維振鏡幾何校正快速算法、對激光掃描進行延遲處理以及掃描體系采用雙線程傳送掃描數(shù)據(jù)等四個方面進行了研究，優(yōu)化并完善了掃描系統(tǒng)。
　　 在選擇性激光熔化工藝研究方面：針對加工復雜零部件時易翹曲變形的問題分析，提出了一系列的新型子工藝以及工藝的優(yōu)化：針對變形累積效應，提出在加工過程中動態(tài)改變層厚工藝；針對選擇性激光熔化工藝中零件底部添加支

6、撐的問題，研究了體支撐的應用方式和算法；加工方向上，即垂直方向（Z向）和水平方向的擺放問題，對加工方向進行了實驗研究，提出在Z向上應保持底部面積大，頂部面積小的正金字塔方向，在水平擺放上應使零件的長邊與鋪粉輥的運動方向平行；針對復雜零件Z向上有空腔時導致一些層面直接在粉床上熔化易翹曲變形的問題，作者提出一種新型的反變形支架結構來抑制這種變形；最后對于減少零件內應力的退火工藝也進行了簡單的研究。通過對上述加工子工藝的實驗與應用表明，在加工

7、復雜零部件時能夠抑制翹曲變形，保證順利加工。
　　 通過分析上述問題的產生機理，采用對掃描數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理、優(yōu)化支撐工藝、采用上述提出的兩種新型掃描方式來解決零件變形、翹曲、坍塌等問題，并在此基礎上對金屬零件的選擇性激光熔化工藝進行研究，提出了若干子工藝，減少選擇性激光熔化工藝中的翹曲變形問題，提高選擇性激光熔化的研究水平。
　　 通過本論文的系統(tǒng)研究，解決了快速成形制造工藝中的一些關鍵工藝問題，為快速成形制造工藝的完善