RP技术中模型转换误差的评价方案研究

快速成型（Rapid Prototyping,RP）技术是一种基于离散／堆积成型原理的新型制造方法,是在计算机的控制与管理下,根据零件的CAD模型,采用材料精确堆积的方法制造零件原型的技术。在RP中,由于成型机的数据接口问题,通常在切片之前需要将CAD模型转换成STL模型,而在模型转换过程中不可避免地会产生精度损失。数据处理误差是所有RP系统都不可避免的共性问题,对于数据处理误差的研究具有普遍的意义。在分析误差产生原因的基础上,提出了一种模型转换误差评价方案,改善了快速成型制件的精度。     

RP技术中数据模型转换误差的补偿策略研究

快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是在计算机的控制与管理下,根据零件的CAD模型,采用材料精确堆积的方法制造原型或零件的技术,是一种基于离散/堆积成型原理的新型制造方法。在目前的快速成型领域中,一般需将三维CAD模型进行STL格式化处理,而此过程会造成模型的精度损失。为此,提出了一种数据模型转换误差的补偿方法,有针对性地弥补了重要表面的精度损失。该方法增强了设定模型转换精度的灵活性,在一定程度上摆脱了CAD系统的束缚,具有一定的现实意义。     

异质材料零件的集成设计与制造研究

异质材料零件的CAD与CAM研究的相互孤立使其难以形成有效的设计与制造体系。文中提出并研究了一种基于STL数据格式的异质材料零件设计与制造一体化方法。以异质材料零件的逐层分解、网格细化及均匀化为基础,逐步对微四面体空间单元网格节点、表面及其内部进行结构与材料的并行设计,之后对异质材料零件CAD模型进行切片分层,获得含有结构信息和色彩信息的系列彩色切片数据,并采用基于数字化微滴喷射技术的快速成型工艺较为系统地实现了异质材料零件的原型设计与制造。     

NURBS曲线在快速原型制造系统中的应用

大多数快速原型制造系统采用 STL 文件作为与 CAD系统之间的数据交换接口。但是 ,STL 文件是通过用一系列的三角片逼近实际零件表面而产生的 ,STL 文件本身及其创建过程均存在许多问题。要提高模型的精度 ,就必须增加三角片的数量 ,同时减小三角片的尺寸。这必然造成 STL 文件庞大 ,后续处理时间较长 ,而且易产生缺陷 ,使后续处理不能进行。针对上述问题 ,本文分析了 STL文件的不足 ,提出一种 CAD系统与 RPM系统之间新的数据交换方法。该方法对 CAD系统中的真实模型直接切片 ,将切片后所得到的轮廓数据作为 CAD系统与快速原型制造系统之间的数据交换接口。该切片算法已在“超人 2 0 0 0 CAD/ CAM”系统中实现 ,算法表现稳定     

快速成型的STL模型切片轮廓优化新方法

目前的大多数快速成型系统在表达CAD模型时仍采用STL模型,因此在模型切片后截面轮廓含有大量的数据冗余点,严重影响了快速成型过程的效率和制造精度。基于此,提出了一种STL模型切片轮廓数据优化的新算法。实例表明该算法可以提高STL模型切片后截面轮廓数据处理的效率和精度,在保证加工精度的前提下,可以进一步提高成型件的加工效率与质量,进而改善其性能。     

一种检验STL文件正确性的新方法

在快速成型技术中,从CAD系统中生成的STL模型常会包含多种错误,在切片之前必须对相应的STL文件进行正确性检验。针对上述问题,提出了一种检验STL文件正确性的新方法,该方法操作方便,界面友好。     

AFS激光快速成型技术

快速自动成型(RapidPrototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称,它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造方法不同,快速成型从零件的CAD几何模型出发,通过软件分层离散和数控成型系统,用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加,因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件,极大地提高了生产效率和制造柔性。快速自动成型技术问世不到十年,已实现了相当大的市场,发展非常迅速。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段,与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。人们用其长避其短,效益非凡。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起,快速自动成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段,在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。     

快速成型中粗糙STL模型细分算法

快速成型过程中STL模型精度直接影响成型零件的成型精度,当面对粗糙的STL模型并且没有原始模型进行重新生成或者生成精度不高时,以及逆向工程三维重建得到的STL模型精度不能满足要求时,需要对STL模型进行细分以提高其表面精度,进而提高成型零件精度。为此,提出一种新的STL模型面边点拓扑信息结构,解决了两三角形面片共享边空间插值两次带来的精度误差问题;在此基础上,应用Hermite空间插值方法近似表示三角形面片三边所对应的空间曲线段,之后依据设定的规律连接空间曲线段的中点,实现对粗糙STL模型三角形面片的细分。试验结果表明:细分算法适用于形面较为复杂以及大尺寸多三角面片的STL模型,其效率可达4~n(n是细分次数),可以快速提高给定STL三维网格模型的表面精度。     

快速成型中基于零件制造精度的分层算法优化

在快速成型技术中,以STL模型为基础的分层制造工艺存在台阶效应,台阶效应影响制造零件的尺寸精度和表面粗糙度。为了减小分层制造的台阶效应,讨论了采取较小的分层厚度,从而提高零件的制造精度。讨论了选择合理的分层方向来避免台阶效应,但是为了避免在加工时频繁添加支撑,提出了基于零件装配要求的分层方法。为了避免因分层厚度减小而增加的制造时间,讨论了通过提前对三角形面片进行分类提取,去除一部分冗余三角形面片,从而减少分层时间。提出了将此三者结合即将减小层厚、选择合理分层方向以及三角面片的分类排序结合起以减小快速成型中的台阶效应,提高制造精度,保证制造效率。通过实例进行验证,表明该方法可以有效地减小台阶效应、提高制造精度并且保持其成型效率。     

快速成型技术中STL模型的切片数据优化

切片处理是快速成型的重要步骤之一。文中在现有的STL模型切片算法的基础上,提出了一种分段切片算法。该算法先将STL模型沿Z方向分成若干厚度区间[Hr,Hr 1],再根据三角形的顶点在Z方向上的最大和最小坐标与实时切片区间的位置关系,建立三角形面片表。然后建立每个区间内部三角形面片之间的几何拓扑关系。该算法减少了在切片过程中的求交计算量,优化了对切片轮廓环的构造,提高了切片成型效率。