面向复杂梯度材料模具等离子熔积制造的建模与轨迹规划

为满足复杂功能梯度材料（FGM）模具设计和制造的需求,提出了基于非均匀梯度源的体素建模和双数据模型驱动的轨迹规划新方法。双数据模型中的STL模型用于梯度源设计和几何轨迹生成,体素模型用于材料分布设计和FGM表征建立。通过几何轨迹离散和材料信息检索与融合,生成了熔积成形轨迹。新方法不仅具备多个局部复杂参考特征同时描述的能力,还使得成形轨迹兼具几何精确快速和材料分布复杂的特点。最后通过汽车翼子板模具实例验证了算法的有效性。     

功能梯度材料的低温挤压成形过程建模与实验研究

使用低温挤压成形方法制造功能梯度材料（FGM）过程中,膏体材料存在气泡、结块和一定程度的液相迁移现象,导致挤压成形过程难以控制。使用系统辨识的方法建立了FGM成形过程的差分模型,运用残差的方差分析方法对系统模型的阶次进行估计,运用递推最小二乘法对参数进行辨识,得到FGM成形的控制模型。设计了自适应控制器,对FGM成形过程进行实时控制。实验验证了控制模型的准确性和控制方法的有效性。     

基于增量制造的再生骨支架制备路径规划方法

基于增量制造的再生骨支架制备方法在生物制造领域表现出巨大应用潜力,也越来越受到重视,其中制造路径规划方法直接影响到制备的支架的结构特点,在很大程度上决定了后期支架的细胞培养以及组织修复效果。目前典型的面向工业以及民用领域的增量制造工艺的路径规划方法不能完全适用于骨支架的制备,无法获得能够有效模拟细胞外基质结构特征的三维贯通结构。针对这一问题,提出一种面向生物增量挤出成形技术的再生骨支架制备路径规划方法,将材料成形过程中出现的尺寸变形的补偿融入到路径规划方法的设计中,能有效满足骨支架制备时对复杂外轮廓和梯度孔隙结构的需求。在此基础上,给出再生骨支架增量挤出成形系统的软件系统架构,实现方法及结果,并通过支架成形试验验证支架的性能,研究成果对自主开发生物增量制造装备具有重要价值和意义。     

基于UG/OPEN GRIP的机器人堆焊路径规划

通过UniGraphics二次开发平台UG/OPEN GRIP实现切片和路径规划算法,完成UG模型的切片、路径规划的自动生成.对机器人代码生成系统进行了介绍,并将RP技术与熔焊技术相结合,利用UG二次开发对三维实体进行直接适应性切片,提高了切片的速度,克服了传统切片方法由于采用三角形面片逼近三维物体模型所引起的精度不高的问题.另外,针对不同的零件类型采取不同的路径规划方法,形成连续运动路径,从而不同程度地提高了成型效率和零件的成形质量.     

功能梯度材料零件激光快速成型的实现方法

本文利用激光直接制造技术(DLF-Direct Laser Faberication),从软件控制的角度,论述了功能梯度材料零件激光加工的总体思路和实现方法.说明了一维功能梯度材料零件中的平面和曲面的扫描路径规划方法的不同之处；一维和二维功能梯度材料零件加工实现过程中的关键技术,例如一维功能梯度材料零件的不同材料含量随层数变化的计算方法,二维梯度材料的切片层厚计算方法等等.     

CAD系统与快速成形系统的直接集成方法

为避免CAD系统和快速成形系统之间采用三维模型的转换模型造成精度损失,研究了两者直接集成方案及相关技术。分析研究了CAD系统和快速成形系统的直接集成模式,指出两者集成的实时模式体现了先进制造技术的集成化发展趋势;研究了在CAD系统内部提取层片轮廓扫描数据的方法,以及实时模式下三维CAD模型对成形设备的直接驱动和运动控制;最后在聚苯乙烯泡沫材料成形机上以层片加工为例进行了试验。结果表明,CAD系统和快速成形系统之间可以避开三维CAD模型的STL格式转换等近似处理环节,从而在CAD系统内部直接驱动和控制成形设备进行加工,实现两者的直接集成。     

基于主成分分析的大型管道三维表面重建

针对大量的点云数据要求快速、方便且精度高的特点,在轮廓线拼接建模方法的基础上提出一种结合主成分分析的三维表面建模方法。由结构光扫描系统获得点云;通过热传导模型将点云进行片层分割并进行主成分分析,得到纬度圈,从而获得纬度圈上的所有对应点对;在相邻点对之间进行柱面插值连接,生成物体的四边形网格模型和三维表面模型。结果显示,被测管道重构表面平均误差为0.19 mm,小于采用基于轮廓线拼接方法得到模型的平均误差。结果表明,采用基于主成分分析的方法进行管道三维表面重构,其精度得到了有效地提高,满足工程测量的精度要求;同时也证明了该方法的正确性。该重构方法适用于表面是一阶连续性被测物体尺寸及变形的分析。     

外轮廓支撑渐进成形大角度圆锥件的路径研究

基于ANSYS/LS-DYNA软件对外轮廓支撑渐进成形锥形件建立了相应的数值模型。以0.84 mm厚的1060Al为毛坯板料,在单道次渐进成形中模拟了大角度锥形件的成形过程,发现避开减薄带的新路径,可以有效提高其最大成形角度,并通过实验探索了不同工具头半径、轴向进给量等对最大成形角度的影响。对于超过此最大成形角度的锥形件,采用多道次渐进成形的工艺,先根据制件形状反向规划其成形路径,然后通过有限元模拟,调整路径参数,最后制得的大角度锥形件壁厚均匀,形状良好。     

分层雕刻快速成形中CAD/CAM技术的应用研究

论述了在Type3雕刻软件下,利用其CAD/CAM功能实现分层雕刻快速成形中单层图案雕刻成形和仿真的方法.使用该软件生成雕刻机可识别的.U00格式G代码,在蜡板上完成了图形的镂空,为零件材料填充做好准备.使用软件自带的刀具路径实体模拟模块可以提前观测到预加工图形的成形效果,在成形之前可以根据模拟状况做出诸如更换刀具,改变刀具路径参数等调整工作,已达到预期加工目的.     

材料挤出工艺打印功能梯度材料路径规划策略

鉴于增材制造技术中的材料挤出工艺操作方便、节省材料，而目前国内外对该工艺打印功能梯度材料的路径规划策略研究较少，对材料挤出工艺材料组分转变时的延迟现象进行分析，将延迟分为交付延迟和过渡延迟，并提出基于偏移距离对延迟现象进行补偿的打印策略。以Visual Studio 2019为开发平台提出一种自动生成任意功能梯度材料打印路径的新路径规划策略，该策略考虑了每层切片内材料组分的变化，针对不同变化方向生成相应的填充路径，以确保打印过程中的材料组分变化最小，从而提高成型件的材料精度。对多个功能梯度模型进行仿真演示，将生成的打印路径采用OpenGL可视化分析其材料组分误差，并通过实验验证了路径规划策略的正确性。     

Identifying the directions of a set of 2D contours for additive manufacturing process planning

Additive Manufacturing (AM) is a process in which material is added layer by layer to build a physical part. In AM process planning, a stack of 2D closed contours is obtained when a 3D stereolithography (STL) model is sliced. Each slice may have a set of closed contours or polygons, each of which needs to be classified (oriented) as internal (clockwise) or external (counterclockwise) to identify where material should be added. This is not a straightforward task as the STL format does not ensure correct surface orientation of the 3D model. This work describes two methods for identifying the direction of each contour in a set, i.e., for sorting them into internal and external contours. Three alternative tests to check whether a point is inside or outside a polygon were evaluated. The tests are based on the ray-tracing principle and the classical point-in-polygon test. The proposed algorithms were devised and implemented in an AM process planning system. The methods were validated using 3D models with a variety of geometries, and the computing time for the alternative tests was compared. The results showed that the method based on the point-in-polygon tests has some advantages.     

Tool path generation by offsetting curves on polyhedral surfaces based on mesh flattening

Polyhedral surfaces are used as representation model for CAM and process planning purposes because of its simplicity for data exchange and geometric computation. However, there are few tool path planning strategies for such surfaces but isoplanar method. This paper presents a contour offset approach to tool path generation for three-axis ball-end milling of polyhedral surfaces, based on a novel method for offsetting curves on polyhedral surfaces. One of its salient features is to reduce the task of removing complex interfering of offsets from 3D physical surfaces to 2D plane by flattening mesh surfaces and avoid costly 3D Boolean set operations and relatively expensive distance calculation. Moreover, in practical implement, the procedures of calculating offset points and removing interfering loops are merged and carried out simultaneously results in an efficient tool path generation method. Empirical examples illustrate the feasibility of the proposed method.     

基于傅里叶描述子的平面物体表征与抓取规划

针对传统抓取规划方法难以计算复杂轮廓物体、计算量大耗时长的弊端,以及基于深度学习的抓取规划方法物理模型简单、训练集制作耗时长的缺陷,提出了一种基于傅里叶描述子的平面物体表征及抓取规划方法。对物体进行图像采集和轮廓提取,将以散点形式表示的轮廓转化为傅里叶描述子,提取高阶项从而还原物体轮廓,构造了轮廓的参数方程。根据轮廓参数方程和接触点位置,使用不同接触模型构造抓取映射矩阵,采用凸包推进算法计算不同抓取位姿在力 力矩空间上的抓取性能指标。基于抓取性能指标,采用一种改进的粒子群方法进行抓取点规划,在二指夹持器和四指夹持器模型上进行了仿真验证。     

基于Pro/E的三维辅助装配工艺规划系统研究

分析了现有计算机辅助装配工艺规划系统的不足,提出了三维辅助装配工艺规划系统的体系结构,并对其中装配模型信息表达、装配序列规划、路径规划、装配过程动画等关键技术进行了研究。基于Pro/E平台,建立修正的装配层次模型,并交互生成装配序列;通过确定装配路径上的关键点及关键点之间的位姿,进行装配路径规划和装配干涉检测。此提出的系统可以通过三维工艺简图和装配过程动画,形象、直观地指导现场装配。     

3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究

针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。     

定做式人工髋关节设计与加工中股骨轮廓提取方法

本文提出在设计定做式人工髋关节时使用的一种股骨ＣＴ片轮廓提取方法。采用本文论述的轮廓提取方法，作者得到了股骨的截面数据，并从而利用ＣＡＤ软件进行了股骨的三维重建，并在快速原型设备上得到了股骨的实体。     

基于VB6.0和Pro/E的弧面分度凸轮三维参数化实体建模

以弧面分度凸轮的几何学理论为基础,基于VB 6.0和Pro/E实现了弧面分度凸轮的三维参数化实体建模。通过VB编程语言,设计出能计算参数化的弧面分度凸轮理论廓面数据的友好界面。通过对凸轮基本参数的输入和运动规律的选择后,即可计算出相应的凸轮廓面坐标点,并将廓面数据保存为".ibl"格式。导入Pro/E 3.0中生成曲线,再生成曲面,然后将曲面合并,最后对理论轮廓曲面进行法向偏置、实体切除操作,获得与凸轮毛坯进行布尔相减运算后得到的凸轮实体模型。     

A method for planar development of free-form surfaces made of anisotropic materials

This paper presents a method for planar development of free-form surfaces especially made of anisotropic materials. A free-form surface is first tessellated into a set of triangular elements (i.e., facet model). If necessary, a facet refinement technique using Euler operators is applied to create a more reliable model that approximates the original surface as closely as possible. The facet model is then roughly flattened on a 2D plane. Next, the roughly flattened model is used as an initial guess for subsequent optimization during which the strain energy method using constant strain triangles (CST) is applied to yield an optimal 2D contour. In fact, various resulting 2D contours can be obtained while varying elasticity ratios between two material axes or development angles. To compare these resulting 2D contours, a contour alignment technique for error estimation is also presented. In this paper, anisotropic materials are considered to be orthotropic as a first approximation. A specific example (lateral surface of a shoe last) is shown to validate the proposed method.     

An object-oriented hierarchical case representation of automotive panels in a computer-aided process planning system

Case-based reasoning (CBR) has a promising application prospect in computer-aided process planning (CAPP) for automotive panels. How to effectively represent and organize the abundant information in the cases has a crucial impact on the effectiveness of case retrieval and adaptation. This paper presents an object-oriented hierarchical case representation scheme for automotive panels in process planning. The scheme is based on an extended object model and case object model which are extensions of the object model in object-oriented modelling technology. Information in cases is divided into three kinds and each kind is represented by different kinds of classes. Accordingly the representation scheme has four layers and different kinds of classes have different functionalities. A car fender case is presented as an example.     

基于体素数据造型与SolidWorks的三维重构算法的研究

根据浮力法测量到的正方体体素数据，经过数据排序等处理，排除冗余数据点，将整体数据分割成薄层数据，由VB软件调用SolidWorks2004构造实体模型，提取薄层截面轮廓线，在SolidWorks2004中实现实体表面顺滑，并最终重构出三维实体模型。