基于FDM技术的3D打印路径规划技术研究

发布时间：2017-09-22 16:02

  本文关键词：基于FDM技术的3D打印路径规划技术研究

  更多相关文章： 熔融沉积成型 STL模型 Hilbert曲线 路径规划

【摘要】：3D打印技术作为一种高科技技术,综合应用了CAD/CAM技术、激光技术、光化学以及材料科学等诸多方面的技术和知识,现已广泛应用于工业、医疗、建筑、航天、机械制造等行业,而熔融沉积成型(FDM)技术是3D打印技术中最具有生命力,并且发展速度最快的快速成型方法。它可以快速且准确的通过三维CAD模型将人们的设计理念转化为三维实体模型,使其实现预期的功能要求,从而达到对设计的快速测评及修改的目的,大大缩减了制件的开发周期。对于3D打印制造出来的产品而言,对最终产品的打印质量起着至关重要的作用的就是成型件的精度,但是目前3D打印机的成型精度还不能满足成型需求,所以当前快速成型研究的一个重要研究方向就是提高制件的成型精度。本文采用STL格式文件,根据3D打印的数据处理流程,以计算机软件Visual C++作为开发工具,结合专业的图形程序库OpenGL,分析了STL模型的三维重构方法,将STL三维模型进行可视化处理;采用区域类型识别方法对待支撑区域进行分类,根据实体特征有针对性的添加支撑结构,进而采用基于STL模型的特征提取方法对支撑区域进行边界提取,以实现支撑结构的自动生成。对基于STL模型的几何连续性分层处理方法进行研究,采用基于分组排序的有向加权递归算法对三角面片进行分组排序,从而达到减少相交判断次数的效果,避免出现与其他算法中每个搜索过程都遍历全部三角面片的相同缺点。通过有向加权建立面片之间的邻接关系图,采用递归搜索法获取切片层的轮廓信息,并给出算法实现的过程和步骤。针对制件的翘曲变形问题,为了生成连续的扫描轨迹,提出一种新型扫描填充算法即基于网格法的分形中Hilbert曲线扫描填充算法。该算法能够在保证制件表面质量的前提下,不仅减少了不必要的扫描行程和喷头的启停次数,降低零件内残余热应力,减小零件的翘曲变形量,提高了零件的精度。应用自主设计研发的3D打印机,对本文提出的扫描路径规划方法及支撑、分层算法进行实验验证,验证了本文所提出的方法可行、有效。
【关键词】：熔融沉积成型 STL模型 Hilbert曲线 路径规划
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.73
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 课题的来源及研究意义9-10
• 1.2.1 课题的来源9
• 1.2.2 课题的研究意义9-10
• 1.3 熔融沉积成型技术概述10-11
• 1.3.1 FDM的工艺原理10-11
• 1.3.2 熔融沉积成型技术的特点11
• 1.4 国内外研究现状11-13
• 1.4.1 国外FDM研究现状11-12
• 1.4.2 国内FDM研究现状12-13
• 1.5 课题的主要研究内容13-15
• 第二章 数据重构方法在 3D打印中的应用研究15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 STL文件格式的结构分析15-16
• 2.2.1 ASCⅡ文件格式分析15-16
• 2.2.2 二进制文件格式分析16
• 2.3 三角面片顶点冗余去除16-19
• 2.3.1 三角面片顶点冗余去除方法16-18
• 2.3.2 三角面片顶点判断算法18-19
• 2.4 STL文件读取与模型重构19-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 工艺支撑自动生成算法的研究23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 支撑添加的决定因素23-24
• 3.2.1 支撑的稳定性及强度23
• 3.2.2 支撑打印的时间23
• 3.2.3 支撑的可去除性23-24
• 3.3 支撑结构分析及其生成方法研究24-27
• 3.3.1 在三维CAD软件中人工添加支撑24
• 3.3.2 软件自动生成支撑24-27
• 3.4 特征区域的识别27-29
• 3.5 支撑生成算法29-34
• 3.5.1 待支撑区域的边界提取29-30
• 3.5.2 点包含性算法识别内外轮廓环及轮廓环的方向判断30-32
• 3.5.3 干涉分析32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 三维模型分层算法的研究35-44
• 4.1 引言35
• 4.2 基于STL文件的分层算法研究35-36
• 4.2.1 STL模型分层的基本过程35-36
• 4.2.2 STL模型分层方法36
• 4.3 分组排序方法分析36-37
• 4.4 基于分组排序的有向加权图递归搜索分层算法37-43
• 4.4.1 分组排序的建立37
• 4.4.2 有向加权图的构建37-39
• 4.4.3 递归搜索过程39-41
• 4.4.4 求取切平面与三角面片的交点41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 基于Hilbert曲线的路径规划研究44-53
• 5.1 引言44
• 5.2 FDM快速成形的扫描方式44-45
• 5.3 分形中的Hilbert曲线45-46
• 5.3.1 Hilbert曲线的性质45-46
• 5.3.2 赋权Hamilton回路46
• 5.4 交点求取及初始回路生成46-48
• 5.4.1 交点求取46-47
• 5.4.2 初始回路生成47-48
• 5.5 扫描轨迹的生成48-51
• 5.5.1 初始回路合并48-50
• 5.5.2 扫描轨迹生成方法50-51
• 5.6 分区扫描轨迹生成方法51
• 5.7 本章小结51-53
• 第六章 实验验证53-62
• 6.1 引言53
• 6.2 实验设备介绍53-55
• 6.2.1 硬件介绍53-54
• 6.2.2 软件界面介绍54-55
• 6.3 加工代码生成55-58
• 6.3.1 FDM数控坐标系55-56
• 6.3.2 3D打印数控打印程序56-58
• 6.4 实例验证58-61
• 6.5 本章小结61-62
• 第七章 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 作者简介66
• 攻读硕士学位期间研究成果66

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本文编号：901729