基于STL模型的支撑自适应算法的优化与研究
发布时间：2022-01-19 23:45
STL文件是CAD模型实体数据经三角网格化处理后的数据文件,由许多三角面片组成近似CAD原实体模型,成为CAD系统与快速成型系统之间数据转换的标准格式。本文针对熔融沉积成型工艺对STL模型在支撑结构稳定性、易剥离性、耗材与耗时几个方面进行研究优化,提高模型成型效率与模型表面精度,节约打印材料和成型时间。首先,STL文件中存储着大量离散的、独立的、易操作的数据,这种存储方式造成大量的冗余数据的读取和邻接关系的缺失。通过分析几种常用拓扑重建算法的优缺点,本文采用饱和链表的数据拓扑重建算法,将三角面片的顶点存入链表中,去除冗余顶点,创建顶点子链表和邻接关系,将子链表为空的饱和顶点进行标识,之后的数据比对中忽略标识的顶点。该算法减少了顶点比较范围,节省了不必要的比对时间,提高了算法的运算效率。针对模型在成型过程中的影响因素,主要从有效节约外部支撑打印用料、降低支撑附着面积、改善模型表面精度三个指标作为目标函数,对其进行求解最优解,得出最优的成型角度,达到模型成型质量的提高和打印用料的低耗。其次,分析基于几何拓扑信息的切片方法、基于三角面片位置信息的切片方法、基于局部几何拓扑信息的切片方法的优缺...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沉积成的基本工作原理图
基于 STL 模型的支撑自适应算法的优化与研究3 成型角度最优化设计3.1 成型角度影响指标在 FDM 成型工艺中，模型打印角度是被轻易忽视的一个影响因素。STL 件在拓扑重建后生成的三维网格模型，与水平面的接触面积较少，模型待支撑域大，打印生成的外部支撑结构数量多，模型分层切片层数增加，计算量繁重耗材和用时相对较多，如图 3-1 中所示。在确保模型顺利打印的前提下，需要化模型成型角度，对打印方向进行适当的调整。
图 3-2 转角度打印对比效果图Figure 3-2 Rotation angle print contrast effect diagram3.2 成型角度与指标函数关系3.2.1 成型角度与外部支撑结构关系由于不同成形角度下，模型分层的形态发生变化，其需要支撑的悬空区域也会随之变化。需要选择外部支撑结构相对较小的成型角度，有效节约外部支撑结构的用料和成型时间。本文通过快速估算支撑结构体积，判断成型角度与外部支撑结构的关系，并建立成型角度与支撑结构体积之间的关系函数。支撑区域的提取中，三角面片的法向量 n(xn，yn，zn)与 Z 轴正方向的夹角超过一定的阈值 θ 时，该面片为支撑面片。采用从上到下遍历 STL 模型三角单元的方法估算支撑体积 V。当模型三角面片外法向量超过一定角度后，需要添加辅助支撑结构，保证模型顺利成型，该角度定义为临界阈值 θ。当三角面片的外法向
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FDM技术的3D打印支撑结构自动生成算法研究[J]. 马亚雄,李论,周波,张洪瑶. 制造业自动化. 2018(05)
[2]增材制造中STL模型的自适应分层算法研究[J]. 林洁琼,王一博,靖贤,谷岩. 机械设计与制造. 2018(02)
[3]3D打印中的优化设计[J]. 杨周旺,刘源. 运筹学学报. 2017(04)
[4]基于任意分层方向的点云模型等厚分层算法研究[J]. 王春香,张文敬,赵强. 机械设计与研究. 2017(04)
[5]基于2维流形的STL曲面网格重建算法[J]. 杨晟院,陈瑶,易飞,刘新. 软件学报. 2017 (12)
[6]熔融沉积成型3D打印技术应用进展及展望[J]. 刘洋子健,夏春蕾,张均,姜志国. 工程塑料应用. 2017(03)
[7]深沟球轴承内外曲率半径系数对接触力影响的研究[J]. 丁占军,向北平,倪磊,周洪苹. 机械设计与制造. 2015(10)
[8]STL文件的法向量错误修复[J]. 李文康,陈长波,吴文渊. 计算机应用研究. 2015(10)
[9]FDM三维打印的支撑结构的设计算法[J]. 陈岩,王士玮,杨周旺,刘利刚. 中国科学:信息科学. 2015(02)
[10]一种快速成型自适应分层算法[J]. 陈昆,潘小帝,陈定方. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(03)
博士论文
[1]球轴承振动的研究[D]. 赵联春.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于FDM的三维打印支撑自动生成技术研究[D]. 刘亚林.青岛科技大学 2018
[2]FDM成形工艺支撑自动生成技术研究[D]. 王彦云.中北大学 2016
[3]3D打印机等层厚切片算法研究及软件实现[D]. 田明海.沈阳工业大学 2016
[4]基于多重网格技术点接触乏油弹流润滑数值分析[D]. 鲍永岩.东北大学 2008
[5]熔丝沉积成型工艺支撑自动生成技术研究[D]. 龚志海.华中科技大学 2006
本文编号：3597793
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沉积成的基本工作原理图
基于 STL 模型的支撑自适应算法的优化与研究3 成型角度最优化设计3.1 成型角度影响指标在 FDM 成型工艺中，模型打印角度是被轻易忽视的一个影响因素。STL 件在拓扑重建后生成的三维网格模型，与水平面的接触面积较少，模型待支撑域大，打印生成的外部支撑结构数量多，模型分层切片层数增加，计算量繁重耗材和用时相对较多，如图 3-1 中所示。在确保模型顺利打印的前提下，需要化模型成型角度，对打印方向进行适当的调整。
图 3-2 转角度打印对比效果图Figure 3-2 Rotation angle print contrast effect diagram3.2 成型角度与指标函数关系3.2.1 成型角度与外部支撑结构关系由于不同成形角度下，模型分层的形态发生变化，其需要支撑的悬空区域也会随之变化。需要选择外部支撑结构相对较小的成型角度，有效节约外部支撑结构的用料和成型时间。本文通过快速估算支撑结构体积，判断成型角度与外部支撑结构的关系，并建立成型角度与支撑结构体积之间的关系函数。支撑区域的提取中，三角面片的法向量 n(xn，yn，zn)与 Z 轴正方向的夹角超过一定的阈值 θ 时，该面片为支撑面片。采用从上到下遍历 STL 模型三角单元的方法估算支撑体积 V。当模型三角面片外法向量超过一定角度后，需要添加辅助支撑结构，保证模型顺利成型，该角度定义为临界阈值 θ。当三角面片的外法向
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FDM技术的3D打印支撑结构自动生成算法研究[J]. 马亚雄,李论,周波,张洪瑶. 制造业自动化. 2018(05)
[2]增材制造中STL模型的自适应分层算法研究[J]. 林洁琼,王一博,靖贤,谷岩. 机械设计与制造. 2018(02)
[3]3D打印中的优化设计[J]. 杨周旺,刘源. 运筹学学报. 2017(04)
[4]基于任意分层方向的点云模型等厚分层算法研究[J]. 王春香,张文敬,赵强. 机械设计与研究. 2017(04)
[5]基于2维流形的STL曲面网格重建算法[J]. 杨晟院,陈瑶,易飞,刘新. 软件学报. 2017 (12)
[6]熔融沉积成型3D打印技术应用进展及展望[J]. 刘洋子健,夏春蕾,张均,姜志国. 工程塑料应用. 2017(03)
[7]深沟球轴承内外曲率半径系数对接触力影响的研究[J]. 丁占军,向北平,倪磊,周洪苹. 机械设计与制造. 2015(10)
[8]STL文件的法向量错误修复[J]. 李文康,陈长波,吴文渊. 计算机应用研究. 2015(10)
[9]FDM三维打印的支撑结构的设计算法[J]. 陈岩,王士玮,杨周旺,刘利刚. 中国科学:信息科学. 2015(02)
[10]一种快速成型自适应分层算法[J]. 陈昆,潘小帝,陈定方. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(03)
博士论文
[1]球轴承振动的研究[D]. 赵联春.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于FDM的三维打印支撑自动生成技术研究[D]. 刘亚林.青岛科技大学 2018
[2]FDM成形工艺支撑自动生成技术研究[D]. 王彦云.中北大学 2016
[3]3D打印机等层厚切片算法研究及软件实现[D]. 田明海.沈阳工业大学 2016
[4]基于多重网格技术点接触乏油弹流润滑数值分析[D]. 鲍永岩.东北大学 2008
[5]熔丝沉积成型工艺支撑自动生成技术研究[D]. 龚志海.华中科技大学 2006
本文编号：3597793
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