选择性激光烧结加工仿真系统的研究与开发

论文摘要

选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）是20世纪80年代末出现的一种快速成型工艺,它利用计算机控制激光束对粉末薄层以一定的速度和能量密度按照分层面的二维数据进行扫描烧结,层层堆积,最后形成成形件。其工艺涉及机械、材料、粉末烧结、激光加工等相关学科。本文以SLS加工工艺作为研究对象,开发了SLS加工仿真系统平台,该平台能够对SLS加工过程进行几何仿真,同时对仿真系统的实现过程中的各种关键技术进行了研究,主要研究内容如下。利用Visual C++和OpenGL完成了仿真场景的构建及仿真界面的设计。在构建仿真环境时根据加工仿真环境的需要,采用合理的光照模型和材质,增强了加工仿真的真实感。基于开发功能要求,实现了统一界面上多窗口的三维图形显示与同步控制。使用Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT编程实现了基于Pro/E的直接切片算法。该算法避免了模型转换为STL文件时所造成的切片误差,能够安全、高效、精确的获取3D CAD模型的切片轮廓数据。同时采取了自定义MSlice文本格式和基于OpenGL的图形方式来实现切片数据的存储和显示。对各种类型的扫描路径方式进行了分析,实现了S形扫描路径曲线对切片轮廓的填充。实现了SLS加工设备的三维静态建模及SLS加工动态仿真。根据计算机图形的反走样、混合和图形消隐等图形处理技术,利用OpenGL和Pro/E完成了SLS设备的三维静态模型;在分析SLS加工过程中的各机构运动关系的基础上,由S形路径曲线填充切片轮廓后得到的节点坐标编程实现了激光扫描路径的运动控制。最后运用OpenGL的双缓存技术以及Windows自带的定时器实现SLS加工过程的实时动态仿真。本仿真平台具有良好的交互性、实时性和可移植性。不仅节省了资源,还可用于理论研究成果验证和教学演示,对SLS工艺的研究具有重要的理论和现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选择性激光烧结技术及仿真技术简介
• 1.2.1 选择性激光烧结技术
• 1.2.2 计算机仿真技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 SLS 技术国内外研究现状及研究热点
• 1.3.2 计算机仿真技术研究现状及存在问题
• 1.4 课题来源、的目的和意义
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的目的和意义
• 1.5 论文主要研究内容和预期达到的目标
• 1.5.1 论文主要研究内容及方法
• 1.5.2 预期达到的目标
• 1.6 本章小结
• 第二章 总体框架与仿真场景的建立
• 2.1 仿真平台总体框架
• 2.2 开发工具介绍
• 2.2.1 Visual C++简介
• 2.2.2 OpenGL 简介
• 2.2.3 Pro/TOOLKIT 简介
• 2.3 仿真界面的建立
• 2.3.1 SLS 虚拟加工系统界面设计
• 2.3.2 OpenGL 构建仿真场景
• 2.3.3 SLS 虚拟加工系统的界面开发
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于Pro/E 的直接切片
• 3.1 引言
• 3.2 3D CAD 模型的直接切片
• 3.2.1 3D CAD 模型切片方式
• 3.2.2 3D CAD 模型的表示方法
• 3.2.3 基于Pro/E 的直接切片规划
• 3.3 基于 Pro/E 的直接切片的实现
• 3.3.1 构造直接切片对象ProXsec
• 3.3.2 直接切片轮廓几何数据的提取与保存
• 3.3.3 切片几何轮廓数据的重构与显示
• 3.4 本章小结
• 第四章 SLS 扫描路径的填充与实现
• 4.1 引言
• 4.2 扫描路径的填充算法
• 4.2.1 扫描路径的选择
• 4.2.2 S 形扫描路径的填充
• 4.3 扫描轮廓在仿真平台中的显示
• 4.4 扫描轮廓的 S 形剪裁
• 4.4.1 S 形扫描路径与轮廓求交
• 4.4.2 S 形扫描路径剪裁
• 4.5 S 形扫描路径的实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 SLS 加工仿真系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 SLS 设备的静态几何建模
• 5.2.1 简单几何模块建模
• 5.2.2 复杂几何模块建模
• 5.3 SLS 加工动态仿真
• 5.3.1 SLS 加工过程运动的控制
• 5.3.2 实现仿真平台各个窗口通信
• 5.3.3 生成动画效果
• 5.4 几何仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作的建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文