基于FDM工艺快速成型技术中均匀壁厚截面填充方法研究

论文摘要

快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP），又称快速原型制造技术，是基于离散/堆积的成型思想，用积分法原理来制造三维实体的。RP技术突破了传统加工中“减材料”的工艺方法；将计算机上建模的零件三维CAD模型沿高度方向按一定厚度分层切片，得到每层的截面信息；然后输出到快速成型设备上逐层填充，再沿高度方向上粘结叠加，逐步成型三维实体。目前市场上FDM工艺的快速成型系统只能读取STL格式文件，而STL格式文件是CAD模型的近似表达，即用一系列三角形平面片近似的表示CAD模型的数据文件，本身存在零件的几何失真现象。基于此格式进行分层得到的二维层片是由直线段相连而成的多边形轮廓，使得模型层片信息也存在几何失真，从而导致快速成型件表面精度比较差；再有目前截面内部填充均采用平行的直线段，对于薄壁类截面的填充，生成的填充路径呈锯齿形，还存在不连续和不均匀现象，使得成型件存在壁厚不均匀、物理性能差等问题。针对基于STL模型分层所产生几何失真的问题，本课题提出直接对CAD模型进行分层，并通过AutoCAD二次开发工具实现了在软件中的直接分层，所得层片的二维轮廓为光滑曲线，从而保证成型件精度。针对均匀壁厚薄壁类零件截面内部填充轨迹的问题，本课题提出在Z方向采用两种轨迹混合填充的方法，即奇数层采用平行的直线段填充，偶数层采用轮廓轨迹偏置线填充；并通过AutoCAD2002二次开发工具ObjectARX2002在Visual C++6.0开发平台上实现软件的开发；运行编制好的软件可在AutoCAD2002中实现这两种轨迹的模拟，并分别计算填充路径的长度；通过显示结果分析，这种方法不仅缓解了平行线填充带来的一系列弊端，同时在很大程度上提高了快速成型效率。通过本课的研究，实现了在不增加成本条件下，提高成型效率、制件精度和完善成型件性能，从而为下一步扩展到快速成型设备提供可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 快速成型技术的概念
• 1.2 快速成型系统的工艺方法
• 1.2.1 液态光敏树脂选择性固化
• 1.2.2 选择性激光烧结
• 1.2.3 分层实体制造
• 1.2.4 熔融沉积成型
• 1.2.5 三维打印
• 1.3 快速成型技术的应用及存在问题
• 1.3.1 快速成型技术的应用
• 1.3.2 RP 技术存在的主要问题
• 1.4 快速成型技术在国内外研究现状
• 1.4.1 国外的研究现状
• 1.4.2 国内的研究现状
• 1.5 本课题主要研究内容及意义
• 1.5.1 课题主要研究内容
• 1.5.2 课题研究意义
• 1.6 本章小结
• 2 基于 CAD 模型直接分层的软件实现
• 2.1 STL 格式文件分析
• 2.1.1 STL 格式文件的优点
• 2.1.2 STL 文件的缺点
• 2.1.3 各种提高快速成型切片精度方法的比较
• 2.1.4 基于 CAD 模型直接分层的优点
• 2.2 直接分层研究现状及分层工具选择
• 2.2.1 直接分层研究现状
• 2.2.2 直接分层工具的确定
• 2.3 基于 ObjectARX 工具直接分层的软件实现
• 2.3.1 软件编制流程
• 2.3.2 运行步骤及应用实例
• 2.4 本章小结
• 3 FDM 工艺常用填充法及 Z 向混合填充法
• 3.1 常用截面填充方法分析
• 3.1.1 平行线填充
• 3.1.2 轮廓偏置线填充
• 3.1.3 分区域填充
• 3.2 混合填充方法
• 3.2.1 任意角度平行线填充算法
• 3.2.2 轮廓偏置线填充算法
• 3.2.3 Z 向混合填充
• 3.3 本章小结
• 4 填充算法的软件开发
• 4.1 软件编制工具的确定
• 4.1.1 AutoCAD 二次开发
• 4.1.2 编程语言的确定
• 4.2 软件编制
• 4.2.1 软件编制流程
• 4.2.2 基于 VC++进行的软件编制
• 4.2.3 填充路经计算
• 4.3 本章小结
• 5 软件运行及结果分析
• 5.1 软件条件
• 5.2 运行软件
• 5.2.1 软件操作步骤
• 5.2.2 运行结果
• 5.3 成型效率分析
• 5.3.1 影响效率的因素
• 5.3.2 提高成型效率的途径
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学期间发表的论文
• 致谢