STL模型的分层轮廓数据优化算法

在快速成形系统中 ,由于STL模型在切片后的截面轮廓数据含有大量的数据冗余点 ,严重影响了插补加工的精度和效率。为此 ,作者提出了一种数据冗余点的联合剔除算法 ,在保证加工精度的条件下 ,以进一步提高加工效率与质量     

快速成型的切片数据优化

在目前的快速成型系统中，普遍采用STL格式文件来表达CAD模型，因而在切片后截面轮廓含有大量的数据冗余点，影响了插补加工的精度和效率。文章针对直接插补算法，在分析STL文件及切片数据的组成基础上，提出了一种数据冗余点过滤算法，在保证加工精度的条件下，有效地滤除了冗余点。该方法算法简单，运算时间短，有效地提高了后续插补过程的稳定性，在数据优化后仍采用直线插补，既保证了加工精度，又加快了插补速度。     

RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法

为克服STL网格化文件存在容易丢失精度等固有缺陷,提出基于STL的精确自适应分层系列算法,从提高分层截面的轮廓曲线精度出发,同时考虑到后续数控插补的适应性,采用曲率连续的适应性强的Clothoid曲线拟合算法,重构曲线轮廓并得到拟合加工点;同时在自适应分层中采用垂直轮廓参考曲线上点的切线角决定切片的厚度,有效提高了切片精度和效率,最后采用熔融沉积成形系统进行快速成形验证。结果表明,该方法有效减小了原有的STL格式文件的固有误差,提高了快速成形制件的加工表面质量和效率。     

人工骨个性化定制与激光快速成型

复杂曲面的人工骨个性化定制与激光快速成型一直是人工骨设计与制造的难点,针对此问题提出了一种由自然骨CT切片数据构建STL模型并采用激光快速成型的方法。首先对自然骨CT切片进行目标边缘提取,并采用八邻域跟踪算法获取自然骨的轮廓数据;然后,为满足激光快速成型对层片厚度的加工要求,建立相邻断层切片上的轮廓匹配点对,根据轮廓匹配点对,线性插值得到中间过渡轮廓数据,并采用三次样条曲线对自然骨轮廓进行拟合;最后采用最小对角线三角剖分法生成自然骨的STL模型,并通过激光快速成型机打印出人工骨。试验验证了方法的可行性与有效性。     

面向快速成型制造的CAD平台内嵌式通用接口

面向快速成型设备的CAD平台中的内嵌式通用接口，可直接在CAD建模环境下零件模型实施自适应直接切片操作，同时生成以片层结构数据为单位的快速成型接口文件，该接口使用NURBS曲线对各截面的片层结构轮廓进行精确地解析重构；依据重构后的NURBS截面轮廓，自动填充功能可精确地生成快速成型设备的X，Y向栅线扫描路径。实验数据表明，与利用STL模型切片获得的得的多义线轮廓对比，经NURBS解析重构后的自适应直接切片轮廓与原始轮廓间的拟合误差降低98％以上，所需的NURBS线段数目减少77％以上。     

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。     

EPS的STL模型连续热切割技术加工研究

基于STL(标准模板库)模型投影轮廓的连续切割技术对EPS(聚苯乙烯)建筑模型加工进行研究,提出了分组矩阵切片算法,并在每组中建立局部拓扑关系提高分层切片的效率,结合截面轮廓求并算法,应用于投影轮廓连续切割技术,解决了非对称曲面在加工过程中与热丝的干涉难题。开发出基于STL模型投影轮廓轨迹的自动编程系统,以此作为软件平台结合五自由度建筑初模的数控热切割加工装置的硬件设施,实现了建筑模型加工。实验结果表明,该系统能高效、准确加工出所设计的建筑模型。     

面向STL文件的截面轮廓线段连接方法研究

针对3D打印中模型数据的截面轮廓求取问题,分析STL文件的计算机数据格式特征,提出面向STL文件的截面轮廓线段连接算法.首先,通过STL文件的相交面片选取与求交计算,直接生成相交截面的轮廓线段;然后,通过轮廓线段的连接判断,快速生成模型数据的截面轮廓;最后,借助PythonOCC的开源三维模型显示平台,使用Python的计算机编程语言编程开发面向STL文件的截面轮廓生成模块,并通过多个模型的数据测试对所提算法的有效性给予验证.实验结果表明,所提算法可完全避免模型数据的拓扑数据操作,并通过STL文件的直接数据处理,直接实现3D打印中模型数据截面轮廓的快速生成.     

基于STL文件的实体分割算法研究

由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。针对这一问题本文提出一种基于STL文件格 式的实体分割算法,对STL文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的 处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。     

基于RE/RP直接集成的医学模型快速原型开发

复杂曲面重构是反向工程的瓶颈,对于医学模型来说这一问题尤其突出,针对这一问题提出了一种基于CT图像的,以RE/RP直接集成技术为核心的医学模型的快速原型开发方法.在本方法中对扫描得到的CT切片数据直接进行切片处理,根据截面切点数据进行轮廓的识别与提取,获得实体的截面轮廓信息,输出STL格式文件给快速成型系统制造实体的物理原型件,从而避免曲面重构.     

基于STL切片数据截面轮廓的高质量分段拟合算法

STL文件格式是对CAD表面进行三角形剖分后所得模型,切片后的截面轮廓呈现多边形状,会降低成型件的精度。为提高轮廓质量,提出了使用NURBS曲线、直线段和圆弧对切片轮廓进行重新拟合。应用结果表明:重新拟合后的截面轮廓线比原有截面轮廓线误差减小48.5%。该方法能有效提高截面轮廓的精度和光滑度。     

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.     

叠层制造领域中的STL模型平滑处理技术

由于STL格式容易生成且不需复杂的CAD系统支持,已发展为叠层制造领域的数据交换标准,但STL模型的精度与其数据文件的尺寸之间存在严重矛盾。提出并实现了一种既可用更高的精度和平滑度对STL模型截面轮廓进行重构,又可显著减小切片文件数据量的最优双圆弧拟合技术。工艺试验证明:与传统的直线段(圆弧)拟合技术相比,采用了切片轮廓最优双圆弧重构技术的叠层制造系统可加工出具有更高成形精度、表面光滑度的成形件,且无需严格的STL模型毗邻误差。     

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。     

选区电化学沉积快速成型轨迹规划

数控选区电化学沉积快速成型是将快速成型技术与电化学沉积技术相结合的一种新型快速成型方法。为保证数控选区电化学沉积快速成型的零件精度,提出了一种基于电化学沉积技术的快速成型工艺的路径生成算法。结合该成型工艺的特点,分析了快速成型领域常用的几种扫描方式,轨迹规划方案分为STL切片处理、轮廓偏置、轮廓填充、数控加工代码生成四个过程,提出了平行交错往复间隙填充法。实验表明该轨迹规划能够达到选区电化学沉积快速成型的要求,制造出高精度、高表明光洁度的零件。     

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。     

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。     

STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究

建立三角面片之间拓扑关系是提高分层切片效率的关键因素之一,提出基于标准模板库set容器的拓扑关系重建算法及快速切片算法,有效地去除了STL文件大量冗余数据,简化了数据的存储,该算法每一个三角面片在每一切平面内只求一次交点,切片完成后可直接得到封闭轮廓环,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数及求交点计算量,简化了轮廓环的构造过程,从而有效地提高了算法的效率.     

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.     

基于FDM成型工艺的适应性分层方法研究

为了兼顾FDM快速成型工艺的精度和效率,提出基于STL模型的适应性分层方法。从FDM快速成型工艺的特殊性和STL文件的数据结构特点出发,提出了不同FDM设备的最佳适应性层厚范围的理论计算方法,并针对STL格式文件中三角形面之间相互孤立、相邻三角形信息冗余度高和相邻两层之间信息继承性高的特点,采用了按三角形高度分组并建立自由三角形表及其动态拓扑结构求闭环轮廓的方法,适应性层厚根据同一面上相邻两层上的闭环轮廓长度差值比率来确定。结果表明,在提高成型精度的前提下,分层效率同时得到保证。