快速成形軟件與工藝若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、經(jīng)過十多年的發(fā)展，國內(nèi)在快速成形(Rapid Prototyping，RP)領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)步，但許多方面與國際領(lǐng)先水平相比還存在不小的差距。本文對快速成形軟件與工藝的若干關(guān)鍵問題進(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

2、為快速成形技術(shù)在我國的推廣應(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)是國內(nèi)開發(fā)優(yōu)秀的RP數(shù)據(jù)處理軟件的瓶頸問題，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于交線環(huán)探測的STL模型布爾運(yùn)算的算法。通過相交性測試獲得相交三角形及對應(yīng)的相交線段，通過以交線環(huán)探測為目標(biāo)來確定交線的有效性，大大提高了布爾運(yùn)算過程的效率和穩(wěn)定性。分別以交線鏈和交線環(huán)為邊界，對相交三角形和相交表面進(jìn)行了剖分。通過判斷特征點(diǎn)是否在實(shí)體對應(yīng)高度切片的實(shí)體區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)

3、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)用過程中一系列棘手的數(shù)據(jù)處理問題提供了一個(gè)有力的工具。 STL模型布爾運(yùn)算求交時(shí)，直接對兩個(gè)模型的基本幾何元素間兩兩進(jìn)行相交性測試，會遇到嚴(yán)重的算法效率問題。本文提出了空間分解法和層次包圍體樹法兩種相交性測試優(yōu)化方法，并詳細(xì)說明了采用均勻單元格的空間分解法和AABB層次包圍體樹法對相交性測試進(jìn)行優(yōu)化的具體步驟。這兩類方法通過

4、快速排除明顯不會發(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，大大減少了必須直接進(jìn)行相交性判斷的三角形對的數(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。但國產(chǎn)SLS設(shè)備的預(yù)熱溫度場的均勻性難以滿足尼龍材料燒結(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分布不均的直接原因及影響溫度場分布的因素，本文對HRPS系列SL

5、S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，通過數(shù)值計(jì)算獲得了各個(gè)安裝高度下溫度場的分布情況、均勻度以及最大偏差的變化曲線。通過總結(jié)不同高度下溫度場的變化規(guī)律，提出了合理的改善預(yù)熱溫度場均勻性的措施。這種分析方法為進(jìn)一步開發(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)象的合理抑制是燒結(jié)工藝的關(guān)鍵性內(nèi)容。傳統(tǒng)的采用人工調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度的方法大大