异形零件增材制造中自适应切片技术的研究与实现

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近年来,随着科技的进步,增材制造已经是一种非常重要的制造技术,该技术涉及范围比较广泛,如生物学、航天领域和建筑领域等。增材制造的提升不仅仅是依靠设备的发展,同时也需要发展高效的切片软件来辅助增材制造的快速增长。随着增材制造在不同领域的推广,生产的零件变得复杂化,对制造精度和成型速度的要求越来越高,传统的等厚分层在提高精度同时降低了成型速度,提高成型速度后精度又有所下将,自适应分层正好使得两者兼得。因此自适应分层技术的研究成为增材制造的一大热点。本文以STL文件为增材制造数据交换的中间文件,详细分析了其储存模型信息的特点,以及ASCII码和二进制两种储存格式,比较两种格式的特点,最终采用二进制格式的STL文件。STL文件是通过三角形面片来拟合三维模型的表面,在储存三角面片顶点的时,需要遵循右手定则、共用点定则和共用边定则,故在顶点的储存中会有大量的冗余信息,因此在读取STL文件的时剔除了冗余信息,能够有效的提高软件的分层效率。采用C#语言,利用CSharpGL图形开发工具对STL模型进行可视化以及常用的坐标转换操作。对预处理后的STL文件进行了等厚分层、基于轮廓面积比值的自适应分层、有限切削深度值的自适应分层、保留模型轮廓线的自适应分层和保留模型特征的自适应分层这五种分层方法,然后推理分析五种分层方法的基本原理以及实现过程,然后对8种不同复杂程度的模型进行分层,对比了算法的执行时间、分层层数和分层后的体积误差。通过对数据的图标分析得出在不同复杂程度的模型下,轮廓面积比值自适应分层在得到较少的分层数的情况下,有着不错的精度;在模型较复杂的情况下,保留模型特征自适应可以得到最好的精度;模型外轮廓线与XOY平面垂直的模型可以采用最大等厚分层来加快增材制造的精度。最后对分层后的轮廓面进行了基本填充算法的研究,比较了扫描线填充算法、轮廓偏置填充算法和复合填充算法的优缺点。最终选择结合了扫描线填充和轮廓偏置填充算法优点的复合填充算法。
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