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。     

基于散乱点云模型的自适应分层方法研究

针对在分层过程中,如何调节分层效率与成型精度之间矛盾的问题,通过对现有分层算法,分层过程中初始分层厚度确定、数据精简及轮廓线拟合等方法的研究,提出了一种基于点云距离变化的自适应分层算法。基于散乱点云模型,通过计算每层切片中各线段与最近点的距离,筛选出了距离的最大值;计算了相邻两层之间最大距离的变化率,然后与设定的阈值进行了比较,自动地调整了分层厚度;经过对斗齿点云模型的分层实验,验证了算法的有效性。实验结果表明:该算法能够在一定程度上平衡分层效率和成型精度之间的关系,并且适应于高精度、型面较复杂模型的分层。     

逆向分层自动添加支撑的算法与实现

分析了快速原型中支撑对成型实体及成型过程影响，在必须添加支撑时，根据支撑与成型实体的几何依赖关系，采用在逆向分层的过程中自动添加支撑的方法。该算法从选定的零件分层方向的最高顶点开始向下逆向分层或从零件层片文件的最后一层向前读入层片文件，在分层过程中或读入层片文件过程中快速而准确获得成型任意形状的层片轮廓零件所必需的支撑；提出采用轮廓偏置的方法确定是否添加支撑。本算法与传统的算法相比可以最大限度地避免或减少所需的支撑添加，同时克服了传统支撑算法中的重复运算，有效地提高了快速成型中前置数据处理的效率。     

快速成型技术中分层算法的研究与进展

根据对零件制造精度和效率的关注程度的不同,开发出了多种分层算法.在同等加工时间的情况下,根据加工精度的不同,将这些分层算法分为等层厚分层算法和适应性分层算法两类.通过对STL模型、原始CAD模型和点云数据的分析,讨论了两类分层算法的研究和发展,然后介绍了斜边分层算法和曲面分层算法等先进分层算法的原理和成果,最后讨论了快速成型分层算法的研究方向和趋势.     

快速成型技术中分层算法的研究综述

作为快速成型技术中必不可少的环节,根据对零件制造精度和装配要求及效率的侧重不同,多年来多种分层算法已被国内外学者开发出来。在同等加工条件下,根据加工精度要求和层厚变化的不同,将分层算法大致分为等层厚分层算法和适应性分层算法两类。从常用的立体光刻(STL)模型、原始计算机辅助设计(CAD)模型和点云数据3种数据模型入手,简述了两类分层算法的研究和发展;介绍了采用斜边的分层算法、基于区域划分的混合算法、曲面分层算法等先进分层算法;讨论了分层算法中待解决的问题:直接分层算法的文件格式标准和轮廓的精确拟合等问题。最后,总结得出了分层算法未来的研究方向和趋势。     

熔融沉积成型中对自适应分层方法的改进及实验研究

目前,熔融沉积成型技术中提出了各种自适应分层算法来改善成型效率和成型精度无法兼顾的缺点。其中,基于STL模型三角面片法向量的自适应分层算法存在以下问题:如果三角面片法向量与分层方向间的夹角过大或过小,这一算法无法实现层厚随着法向量与分层方向之间夹角的变化而自适应变化。为此,本文应用归一化的方法对其进行改进,将模型等厚分层后再根据归一化的原理确定每一层的自适应层厚值;其次基于MATLAB对这一自适应分层算法及其改进算法进行仿真;最后在熔融沉积实验平台上对其进行实验验证。实验结果表明,相对于原始算法,改进算法的自适应分层效果显著提高,且零件成型效率上升了22%,成型精度上升了29%,切实有效。     

快速成形数据处理的分层算法

针对快速成形制件的精度和效率问题,分析了分层方法与层面轮廓精度等影响因素.利用快速成形制造系统普遍采用的STL初始文件,提出利用延拓逼近重构处理层面轮廓和逐步细化分层的数据处理算法,得到了精确的层面轮廓,有效地减小了台阶效应误差并提高了分层效率,与目前采用的直接分层和自适应分层等算法相比,本算法具有更高的成形精度和效率.通过仿真和实际加工验证了所提方法的有效性、实用性和系统适应性.     

改进的激光快速成型自适应分层算法

激光快速成型技术中,截面轮廓数据的计算和处理是高效分层算法的关键环节.在分析基于有向加权图分层算法的基础上,提出了一种改进的快速自适应分层算法,即去掉原算法中耗时的建立有向加权图的过程,在保证轮廓精度的同时,删除冗余的结点数据,根据处理后的结点数据,直接计算满足最小台阶误差下一层的分层厚度,使得分层厚度随轮廓数据的改变成为可变的.实验数据表明,改进后的算法提高了轮廓数据处理的效率,较好的满足了激光快速成型制造技术对成型精度和实时性要求.     

STL义齿模型的分层研究

快速成型工艺中分层处理是非常重要的一个步骤。为了兼顾模型的打印精度和成型的效率,从义齿模型分层过程中产生的误差类型和后续的加工工艺出发,针对现有的适应性分层算法不能保证单边的偏差,提出一种义齿模型的分层优化算法:针对不同类型的义齿模型采用不同的分层策略,适应性层厚基于STL文件的法向矢量与相邻两层面上闭环轮廓长度差值比率来确定。结果表明,该算法在保证打印精度的同时提高了打印效率,模型产生的主要误差为冗余误差。     

PSO算法在FDM工艺成型方向和分层厚度优化中的应用

熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling,简称FDM),是利用热塑性材料的热熔性、粘接性特点,在计算机控制下根据实体模型进行层层堆积后成型。利用TRIZ理论来解决成型件成型精度和成型效率的问题,并在预先选择最优成型方向和分层厚度解决方案的基础上,建立总目标优化模型。然后采用粒子群优化算法对目标优化模型进行求解,得出最优的一组解,从而提高成型精度和成型效率,这将在应用中有着重要的实际意义。     

一种复杂曲面类增材制造零件分层截面生成算法

针对传统增材制造分层方法对复杂曲面类零件STL模型分层易造成部分层面轮廓线失真的问题,提出一种基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面轮廓生成算法。针对STL模型数据量大和分层速度慢的特点,采用了分组排序的求交算法进行分层,生成截面轮廓点云数据。以切平面与STL模型三角面片的交点作为NURBS曲线的型值点,设定型值点的权值,利用矩阵形式和切失边界条件确定了NURBS曲线的权因子,求解NURBS曲线的控制顶点,采用矩阵形式建立了各切片层的截面轮廓所对应的NURBS曲线方程,绘制了基于NURBS曲线的各层层面轮廓。采用基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法对燃气轮机中压缸动叶片和Ganesha模型进行了分层试验仿真和误差分析。进行了燃气轮机中压缸动叶片的打印试验,通过测量表明:采用本算法打印叶片的轮廓度偏差值符合要求,相比传统算法打印的叶片精度更高,从而验证了所提出的基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法的可行性和准确性。     

3DP分层切片中基于点云射线投影的NURBS曲面切片算法

给出用于三维打印机的分层切片算法。利用打印模型点云图像不同方向的分形维数参数和切片层数来确定切片方向;通过建立点云在切平面映射的NURBS曲线来拟合模型轮廓线,然后产生打印机使用的指令G代码。设计λ进制数来确定切片方向。λ进制数由两个要素组成,其一是分形维数D,其二是切片层数N,D和N都是越小越好。确定了打印方向后,可进行切片处理,得到切平面。点云图像的散乱点映射到切平面,这些点用带一定偏移量的射线来划分,射线与点云交点就是形成NURBS曲线的控制点。详细给出控制点寻找以及建立NURBS曲线及曲面的过程。首先引入分形维数参数D作为重要参数来确定切片方向,使用λ进制体系优化打印方向,提出高效的射线分割算法来分割点云,并使用NURBS曲线拟合来获得精确的边界轮廓。通过两个模型验证该算法误差都在公差允许范围内,优化了打印方向,提高了打印速度。     

增材制造技术中的自适应分层研究

增材制造技术是一种先进的智能化制造技术,分析了其"分层—叠加"的制造原理,其制造过程中必然会存在原理性误差,即"阶梯效应";通过对制造过程的几何分析,建立了表示原理性误差的理论公式,该公式具有普遍适用性;分析了原理性误差与其影响因素—三维模型表面的法向方向、曲率、分层厚度之间的相互关系,为分层提供了理论依据;提出了一种基于三维模型表面几何特征直接对三维模型进行自适应分层的算法,该算法根据三维模型表面的曲率、法向方向以及给定的精度要求来自动的调整分层厚度;并对该算法进行了实验分析,结果表明,该算法满足自适应分层的要求。     

柱坐标熔焊成型分层算法研究与仿真验证

成型加工的模型数据通过STL(Standard Template Library)文件表示,由于逐层堆积的成型特点,分层算法是获取三维轮廓数据的主要途径。针对现有的柱坐标熔焊成型设备,在总结目前主流分层算法的基础上,提出一种对模型分次排序精简的分层算法,逐次对三角面片进行删减、排序和毗邻关系搭建,最终筛选出完全有效的相交序列,降低了内存资源消耗,提高了分层效率。通过软件仿真和多次分层测试证明了算法的稳定性和可行性。     

基于Bezier曲线生成3D打印分层路径

3D打印可实现高效无模成形,而在医疗、汽车、航空航天和建筑领域得到了广泛的应用。3D打印中分层路径精度影响着填充图和成型的精度。Bezier曲线具备光滑连接特性,被广泛应用于自由曲线曲面造型中。为了提高分层路径的精度,采用三次Bezier曲线生成切面层路径。首先通过3D打印切片算法得到单一闭合曲线有序散点,然后根据切片算法得到的有序散点反求出Bezier曲线控制顶点,继而由控制顶点求解出闭合的三次Bezier曲线,通过在Bezier曲线中设定特定步长得到一定数目的顶点,添加到路径切点的相应位置中,顺序连接切点生成路径。该方法能够使原本粗糙的切面路径变得光滑,成形样品的表面轮廓清晰,成形精度较高,整体轮廓曲线光滑。     

快速成型中提高成型精度的曲面分层

传统成型方式只使用平面层造成零件表面精度不高，针对这一问题研究了曲面混合分层切片，并提出了一种检测成型整体精度的方法。自动检测模型中可以曲面打印的部分，使用更加精准的邻域法向均值算法计算偏移曲面，并对原始模型进行处理生成平面基底;针对实际中较为复杂模型，编写了碰撞检测和成型顺序规划算法，可根据实际成型设备的情况生成无碰撞的刀具路径。最后，实测打印多个零件对比，证明曲面打印能够大幅提升表面质量，拥有更低的表面粗糙度和更高的整体精度。     

快速成型技术STL模型等厚分层算法研究

快速成型技术中,分层处理是一个关键步骤,其算法的好坏直接影响分层的效率与制造的精度。因此在总结前人关于分层算法优点的同时,提出了对模型进行三次排序。在精简数据的同时,提取出只与分层切平面相交的三角形面片进行截交,然后运用trioutline函数直接获得交线与交点,无需建立局部拓扑信息,一层层快速输出轮廓线。算法不仅节约了分层制造时间,而且节省了内存空间,提高了分层效率。通过两个斗齿模型验证了该算法的高效性和稳定性。     

叠层制造中基于混合遗传算法的分层方向优化

给出了叠层制造领域中零件制作方向优化的3种单目标模型，且单目标优化分别以提高原型表面质量、减少支撑和缩短制作时问为目标；单目标优化模型的解集包含了此目标意义下零件的最优、较优分层方向。提出了零件制作方向优化的带权一声模理想点综合决策模型。设计了一种经改进的混合遗传算法，并用其对零件制作方向优化的3种单目标模型及综合决策模型进行了求解。工艺实验不仅证实了提出的个单目标模型及综合决策模型的正确性与通用性，且证明出基于混合遗传算法的分层方向优化算法具有运算快速、可靠等优点。     

基于体素分解的多自由度机械臂3D打印自适应分层算法

多自由度机械臂3D打印可扩展传统熔融“2.5D”打印的空间自由度，增强打印件的综合力学性能。但由于传统曲面分层算法未进行特征区分，对无需支撑部分进行冗余的无支撑无碰撞约束，会加剧系统资源耗费和时间开销，显著降低切片效率。针对多自由机械臂曲面分层的效率问题，提出基于体素分解的自适应分层算法。以体素化为基础构建三维模型的空间信息，满足曲面分层对内部信息的需要；基于此，提出基于三维凸包的广度优先搜索算法，确保曲面分层的无碰撞无支撑，通过对分层过程中支撑结构的量化分解，实现高效的自适应分层。通过模型的分层仿真测试，结果表明，此算法可实现0.2 mm体素精度下的无支撑无碰撞分层，能够满足机械臂3D打印的分层效率需求。     

快速成型中保留模型特征的分层算法研究

在快速成型领域,一般分层算法不考虑模型特征,这可能会导致一些重要特征的丢失或偏移。针对此问题,在充分研究现有分层算法的基础上,提出一种保留模型特征的分层算法。该分层算法首先对STL模型三角面片进行预处理排序,然后以自适应分层算法确定分层厚度,最后对特征进行识别,针对不同特征进行不同处理来调整分层厚度,使分层厚度考虑到加工层厚引起的误差,从而可以保证成型件特征位置的准确。通过实验验证,该分层算法可以精确地识别特征,合理地确定分层厚度,具有一定的参考价值。