面向3D打印的三维模型处理技术研究综述

作为一种变革性的技术,3D打印将推动三维智能数字化制造,而面向3D打印的三维模型数据处理则是实现这一过程的基础和前提。针对面向3D打印的三维模型处理技术,首先给出了3D模型数据处理的技术体系;然后分析总结了3D模型数据处理各个关键技术环节的研究现状;最后对面向3D打印的3D数据处理技术存在的问题及未来发展方向进行了展望。3D模型数据处理技术为3D打印贯穿产品全生命周期提供技术支持,可有效推动3D打印技术的发展和完善。     

犁臂三维几何模型逆向工程研究

介绍了逆向工程的基本概念,基于RE技术上的三维建模方法:数据采集、点云数据处理、三维模型重建。并以犁臂的三维重构过程为实例———利用ATOS光学扫描仪对犁臂表面进行扫描,获取三维点云数据。将测量的点云数据用Imageware软件进行处理后,再利用UGNX软件的曲面造型功能,实现犁臂的三维模型重构,最后对三维模型的精度进行了检测。说明在产品设计中利用数字化逆向工程技术,可大大缩短产品的开发周期,对快速响应市场产生显著效果。     

面向三维CAD模型检索的模型分割方法

为了提高三维CAD模型分割的效果及其对模型检索支持的有效性,提出一种面向三维CAD模型检索的模型分割方法。首先通过提取B-rep形式CAD模型的几何拓扑属性,将模型转换为属性邻接标记图;然后依据图中节点和连线的凸凹性将模型初步分割为凸凹性连续的局部区域,再以分割内聚度最大为目标,基于区域耦合度进行可合并区域的选择与优化合并;最后采用区域最优匹配的方法进行模型间的相似性比较和检索。实验结果表明,该模型分割方法能有效支持模型检索,可实现CAD模型的重用。     

三维数值模拟进气道几何模型的建立

结合生产实际,采用放大、移动、对比的方法,使进气道三维模型在坐标系中沿X、Y、Z轴左右、上下移动,并进行布尔运算,建立了进气道几何模型.     

基于最小理论支撑体积的模型三维打印的打印方向分析

针对三维打印过程中,打印后模型的支撑体积需减小的问题,研究了模型打印方向与模型支撑体积的对应关系,提出了一种计算最小理论支撑体积所对应的模型打印方向的方法。介绍了离散网格模型理论支撑体积的理论背景,给出了理论支撑体积的计算方法;分析了理论支撑体积函数的可导性,针对该函数的不可导性,利用无导数优化算法计算了最小理论支撑体积所对应的打印方向。实验表明,所提出的方法能够准确地计算理论支撑体积所对应的打印方向。     

彩色三维打印中VRML模型的可视化研究

三维打印(3DP)是快速成型技术的一种,基于微滴喷射原理通过喷头喷射粘接剂逐层粘接粉体材料成型。彩色三维打印能根据模型几何和颜色信息制作出彩色成型件,具有广泛的应用前景。由于VRML(Virtual Reality Modeling Language)文件具有数据冗余小、能保存模型颜色信息、适于网络传输等特点,文章采用VRML文件格式作为CAD和彩色三维打印设备间的数据接口。彩色三维打印中模型的读取和显示是切片、路径规划等后续开发的基础,在分析VRML文件格式的基础上,基于VC++和OpenGL平台实现了VRML模型的读取和可视化,建立了适于后续切片处理的数据拓扑结构并实现了模型分层方向的手动选择。在实验室开发的彩色三维打印系统中成功打印出了彩色模型。     

面向STL模型的几何自适应曲面网格生成

采用保特征的模型分解方法将STL模型分割为多个子域,并为每个子域构建参考平面,将一类基于映射思想的前沿推进曲面网格生成算法应用于子域网格生成.在子域上构建G1连续的三角Bemstein-Bézier曲面,利用曲面的方向导矢计算子域的黎曼度量,在黎曼空间生成参数平面网格,以消除映射畸变.考虑曲面曲率和邻近特征计算边界采样点尺寸,利用采样点的Delaunay三角化为背景网格建立几何自适应尺寸场,通过尺寸场光滑化确保不同尺寸网格之间的合理过渡.数值试验表明,算法能针对复杂的STL模型生成高质量的自适应网格.     

面向绿色制造模式调度的Petri网模型及优化算法

针对绿色制造模式的作业车间调度中,不但要缩短生产周期和降低生产成本,而且要减少资源消耗和对环境的负面影响这一问题,建立包含加工时间、生产成本、资源消耗和环境影响等信息的Petri网模型。通过为机器分配工序来消解因机器库所共享引起的冲突,得到表示调度方案的标识图。提出生成可行调度标识图的三种方 法,并采用多目标遗传算法和多目标模拟退火算法相结合的混合算法对其优化。仿真结果表明算法的可行性和有效性。     

基于MATLAB的优化模型几何描述

利用MATLAB出色的数据可视化功能,以几何图形描述优化问题的形态及其要素,以获得对优化模型的直观认识和深入理解。     

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。     

面向3D打印的三角网格模型高质量细分

为了提高3D打印中三角网格模型的精度和光滑度,提出一种基于局部曲面逼近的特征保持的三角网格模型细分算法。首先计算三角网格模型中每个顶点的高斯曲率,以高斯曲率为权值计算每个三角形中的新增细分点;然后对新增点的邻域进行特征保持的多元L_1中值曲面表示并得到新增点在该曲面表示中的空间位置;最后将新增点移至该位置处,从而完成模型高质量的细分处理。该算法有效提高了原始三角网格模型精度和光滑度的同时,还有效保持了原始的几何特征。实验结果表明了算法的有效性。     

逆向工程在三维几何模型重构中的应用

利用三坐标测量机测量了电话听筒的几何外形,获取了几何表面的外形数据点群;利用逆向工程软件对点群数据进行消除噪声、数据重采样及提取特征线等处理;根据外形特征,从点群数据中提取其边界曲线;采用由点和曲线形成曲面的造型方法,成功进行了电话听筒三维几何曲面模型的重构.     

面向主梁优化的改进果蝇优化算法研究

针对果蝇优化算法收敛速度慢、易陷入局部最优、收敛早熟等不足,引入了自适应步长、粒子群算法中的粒子速度,使得改进后的算法收敛性加强,收敛速度提高,改善了随机性,提高了寻优精度。将改进果蝇优化算法运用到桥式起重机主梁的轻量化中,并运用有限元软件对优化后的主梁进行力学分析,通过实例验证了算法的优越性;最后通过对比优化前后的结果,得出优化后的主梁质量减重效果明显且符合设计要求,对实际工程结构的设计有指导意义。     

三维几何模型的中性文件格式数据交换方法研究

现在CAX系统多是以单元自动化为目标来开发和应用的,各系统的数据在逻辑结构和物理结构上均存在较大差异,产品数据交换就成为一亟待解决的问题.在今后较长时期内多种数据交换标准并存的事实条件下,提出利用三维几何模型的中性文件格式之间的数据交换来解决该问题.简介了中性文件交换的接口方案及交换过程,详细讨论了中性文件格式的数据交换方法并给出了应用中性文件格式的数据交换方法实现三维几何模型的转换实例.     

基于神经网络和遗传算法的三维打印工艺参数优化

分析了粉末材料三维打印(three dimensional printing,3DP)过程中影响成型精度的因素,采用试验的方法确定打印过程中的三维制件的收缩率范围。以"H"型工件为标准,建立了基于神经网络(neural network,NN)的制件尺寸精度误差和打印工艺参数之间关系的模型。以制件最小尺寸误差为目标,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)对3DP中的工艺参数如饱和度、层厚和X、Y、Z这3个方向的收缩补偿值进行优化,获得了相应的打印工艺参数。采用3DP默认的打印参数、打印参数的最小值、最大值以及NN-GA得到的参数进行对比试验。结果表明:采用NN-GA获得的工艺参数打印的制件的尺寸误差最小,可以预测3DP成型制件相对尺寸误差。     

面向局部突起的三维网格分割算法研究

提出了一个三维网格分割算法,在三维对象由中心部分与突出部分组成的前提下,将网格分割成有语义的部件。基于显著的特征点提取、中心估计算法和将网格分割成有语义的部件三大部分,文中提出了一个面向局部凸起的三维网格分割算法。首先计算网格显著特征,再估计网格的中心区域,最后再通过使用最小切割算法进一步细化分割区域后找到分割边界。虽然提出的方法在框架上与某些文献相差不多。但文中提供的算法提高了程序的健壮性和分割的效率,同时使分割出的部件语义更加明确。     

面向多学科设计优化的模型生成器

多学科模型生成器是复杂产品多学科设计优化的关键问题之一。综合应用CATIA二次开发技术、网格生成软件Gridgen的脚本语言和Patran的二次开发语言,研究了一种多学科模型生成器。该模型生成器基于一个统一的三维CAD模型,可以自动生成各学科的分析模型。首先阐述编制多学科模型生成器的关键技术,然后以一个飞翼布局飞行器作为应用对象,详细阐述多学科模型生成器的编制过程。研究表明该多学科模型生成器能自动生成气动、隐身和结构分析模型,实现了从CAD模型到气动、隐身和结构分析模型的无缝连接,解决了飞翼布局飞行器总体多学科设计优化中的一个关键问题。     

三维模型局部检索算法研究

提出一种典型结构的建模技术与局部匹配方法.选取零件已有的典型结构,利用基于图的理论用邻接矩阵来表示典型结构的面与面之间的拓扑关系,再用基于面的几何与拓扑关系匹配方法,加速检索出含有所选典型结构的零件.     

三维几何模型的中性文件格式的数据交换方法研究

现在CAX系统多是以单元自动化为目标来开发和应用的,各系统的数据在逻辑结构和物理结构上均存在较大差异,产品数据交换就成为一亟待解决的问题。在今后较长时期内多种数据交换标准并存的事实条件下,提出利用三维几何模型的中性文件格式之间的数据交换来解决该问题。简介了中性文件交换的接口方案及交换过程,详细讨论了中性文件格式的数据交换并给出了应用中性文件模式的数据交换方法实现三维几何模型的转换实例。