SW2501快速成形系统中支撑自动生成算法的研究

在SW2501快速成形系统中，零件原型的制作是靠热喷头挤出热熔丝逐层堆积成形的，这种成形过程，与FDM成形过程相类似。因此，在零件原型的堆积成形过程中，支撑结构的生成是不可避免的。提出一种自动生成支撑结构的软件算法，它通过利用截面轮廓区域的自动识别、多边形区域的布尔运算以及多边形轮廓的OFFSET运算等几种关键算法，介绍了SW2501快速成形系统中支撑结构的自动生成算法，该算法实际应用效果较好。     

基于STL模型支撑生成算法的研究

针对快速成型制造中须对零件加支撑的需求,提出一种新的支撑生成方法。它首先提取零件待支撑区域的关键特征(如悬吊点、下棱线、待支撑下表面的轮廓线等),同时指出各种支撑的基本构件实质就是单边对应的多边形支撑面,并采用了局部斜板支撑的方案实现其生成算法,在此基础上生成零件的特征支撑;然后采用对生成的特征支撑STL模型分层后分区扫描填充加强支撑线来实现对待支撑下表面内部区域的有效支撑。应用表明：该方法实现了对成型零件关键特征的准确支撑和对待支撑面域的有效支撑,生成支撑效果良好。     

光固化快速成形自动支撑技术研究

对光固化快速成形中自动支撑问题进行了研究,提出了基于STL模型的待支撑特征识别方法,实现了对待支撑面、悬吊线和悬吊点的提取。根据待支撑特征投影区域的几何特征,将其分为细小区域、细长区域以及环形区域等,针对各类区域的形状特点采用不同的填充算法进行二维支撑填充,提出了三点法确定支撑的生长起始点和终止点的方法,开发出了支撑自动生成软件。实际应用表明该技术可以解决人工加支撑时由于支撑不合理所造成的制作失败及精度降低等问题,节省了Stereolithography加工时的数据预处理时间,提高了快速成形的效率。     

快速成形中齿形支撑结构的自动生成算法

支撑结构的添加是快速成形工艺中一个重要的步骤。基于立体光固化工艺提出了一种齿形支撑结构的自动生成算法，既能固定零件、减少变形，又使支撑的剥离变得容易。该算法利用STL模型的拓扑信息，避免了3D和2D运算，从而解决了精度和计算速度之间的矛盾。此外，该算法还能生成三角片状支撑。     

基于背板的双面数控渐进成形方法

为了解决双面数控渐进成形中板材件无支撑悬空区域存在变形的问题,提出一种背板辅助的双面数控渐进成形方法。该方法以背板对板材的支撑作用,抑制板材件非成形区的非理想变形,进而提高成形质量。研究了面向复杂板材件基于背板的双面数控渐进成形策略和对于一个给定待成形板材件标准模板库模型自动生成所需背板计算机辅助设计模型的算法。该算法根据板材件类型的不同,通过提取待成形板材件标准模板库模型的特征轮廓,采用顶点偏置方法生成出背板计算机辅助设计模型,并采用数值模拟和实际成形实验对所提背板辅助双面数控渐进成形方法进行了验证和评估。有限元分析和实验结果表明,双面数控渐进成形中背板的使用能够有效提高成形件的成形质量,具有可行性和可应用性。     

光固化快速成形中待支撑区域识别技术研究

从实现的角度出发，以支撑设计规则为分类原则，对待支撑区域进行了分类。在对零件的STL格式表示和其几何特征的相互关系研究的基础上，介绍了基于STL模型的三维待支撑区域特征识别的数据结构设计和实现技术，最后，给出三维待支撑区域特征识别的完整算法及其应用实例。     

熔融堆积成型系统中结构自动生成算法的研究

在熔融堆积成型系统中，零件原型的制作是靠热喷头挤出热熔丝逐层堆积成型的，因此，在零件原型的成过程中，支撑结构的生成是不可避免的。通过利用截面轮廓区域的自动识别、多边形区域的布尔运算以及多边形轮廓的OFFSET运算等几种关键算法，提出了SW2501快速成型系统中支撑结构的自动生成算法。该算法实际应用效果较好。     

带有通气孔的数控渐进反向成形支撑自动生成

为解决数控渐进反向成形过程中板材与支撑之间形成密闭空腔,腔内空气不断被压缩而产生的对板材的反作用力影响板材件成形质量和成形精度问题,提出一种可由待成形板材件的CAD模型自动生成带有通气孔特征的支撑体三角网格模型的方法。给出了计算支撑体空腔体积与空腔内压强的算法、自动识别复杂板材件凹部数量与位置的算法,及其在合适的位置生成通气孔进而生成带有通气孔的支撑体三角网格模型的算法。应用实例表明,所提算法能够自动生成带有通气孔的支撑体。成形实验表明,板材件成形过程中密闭空间的形成会导致成形件鼓包变形甚至破裂,而带有通气孔的支撑体能够有效地解决上述问题。     

基于FDM技术的3D打印支撑结构自动生成算法研究

基于FDM技术的3D打印原理是靠加热的喷头挤出熔融的热丝层层堆积而成的。因此对于存在悬臂结构的模型,支撑结构的存在十分必要。为满足模型中形状复杂多变的待支撑区域,提出一种可以适用于复杂形状的树状支撑结构的生成算法。提出的算法基于STL文件模型,根据待支撑区域的特征提取出模型待支撑区域,然后在待支撑区域内由上而下依次建立树干从而生成树状支撑结构。提出的算法明显减少了支撑结构所用材料,提高了打印效率,并且便于模型和支撑结构的分离。     

一种基于配合特征面的三维装配尺寸链自动生成方法

由于目前尺寸链自动生成存在着人机交互过多,实用性不强,并且主要集中在二维的情况。提出了一种以图论为基础,基于UG的三维空间尺寸链自动生成的方法。通过人机交互对装配体进行自由度的约束,使用UG/OPEN API函数对零件模型进行信息提取;利用图论理论,构建尺寸公差、形位公差和装配邻接表,建立了公差图结构。在此基础上,提出了基于特征面要素的搜索算法,该算法减少了不必要的人机交互,真正意义上实现了三维空间尺寸链的自动生成。通过实例验证了该算法,证明有效。     

基于STL模型的轮廓线自适应分层方法研究

目前,大多数快速成型系统在表达CAD模型时仍采用STL模型。由于快速成型自身的特点,对STL模型进行分层处理是其必由之路。在分析了传统的STL模型分层方法的基础上,提出了一种基于STL模型的轮廓外形线自适应分层的方法,然后通过实例对该自适应分层方法进行了验证,证明了该方法的可行性和正确性。     

Adaptive direct slicing of a commercial CAD model for use in rapid prototyping

Slicing a 3D graphic model into layers of 2D contour plots is an essential step for all rapid prototyping (RP) machines. Various methods are available, such as stereo lithography (STL) file slicing, direct slicing and adaptive direct slicing. Amongst these, adaptive direct slicing is the most advanced for its capability of adapting the slicing thickness according to the curvature of any contour. In this study, an adaptive direct slicing method complete with the algorithm for calculating the thickness of each layer is proposed. As an illustration of the method, the algorithm was programmed within the commercial CAD software package, PowerSHAPE. The method was shown to be fast and accurate in comparison with STL file slicing and direct slicing, which both used a constant layer thickness. An erratum to this article can be found at     

An Effective Error-Tolerance Slicing Algorithm for STL Files

Although the STL (stereo lithography) file format is the de facto standard for the rapid prototyping industries, there are always some defects in STL files, many of which are difficult to correct. Instead of correcting the defects of bad STL files by a manual, interactive and complex approach with an STL file correction program, an error-tolerance slicing algorithm for STL files is proposed in this paper. With the detailed analysis of complex defects such as cracks and non-manifold facets, a complete topological structure for the facets model with defects is built and the layer is sliced effectively. The badly sliced contour is processed by crack-tracking and non-manifold facet travelling methods to obtain a correct contour in a relatively easy 2D way.     

快速成形制造中基于模型连续性的快速分层算法研究

提出了基于模型连续性进行分层的思想,通过建立ＳＴＬ模型的分层面新相交三角形面片表文件,提取模型的活性拓扑结构的方式,显著降低了内存的占用量,并加快了拓扑信息提取时间。     

SL快速成型中支撑自动生成技术研究

针对 SL快速成型技术加工时需要对零件加支撑的要求 ,通过对 CAD模型和 STL模型文件特点的分析 ,采用直接从 STL 模型文件提取信息找到 CAD模型的待加支撑面、线、点 ,并按待加支撑面、线、点的特征给其加二维支撑 ,再确定支撑空间高度的方案 ,实现了支撑自动生成。应用表明 :该技术节省了 SL加工时的数据预处理时间 ,避免了利用人工加支撑时的人为错误 ,提高了快速成型的效率     

A New Slicing Procedure for Rapid Prototyping Systems

The current slicing rule of most rapid prototyping (RP) systems cannot ensure unilateral tolerances on the whole prototype and often results in problems of overcut and undercut on the same part. This drawback leads to unsatisfactory precision of the part in post processing. In order to reduce the above problems, a new slicing method is proposed in this paper. Based on the geometry information in a stereolithography (STL) file, an algorithm is developed. The appropriate slicing rule is selected according to the inner product of the normal vector and working direction of the part, together with the function of the part to be manufactured. The STL file is cut into 2D sections and an accurate contour is calculated. After the slicing computation, an appropriate working path is produced. The rules proposed in this paper have been verified. This work contributes to the improvement of slicing rules in existing RP systems, especially in systems using uniform thickness slicing. It also improves manufacturing efficiency and working tolerances.     

选区电化学沉积快速成型轨迹规划

数控选区电化学沉积快速成型是将快速成型技术与电化学沉积技术相结合的一种新型快速成型方法。为保证数控选区电化学沉积快速成型的零件精度,提出了一种基于电化学沉积技术的快速成型工艺的路径生成算法。结合该成型工艺的特点,分析了快速成型领域常用的几种扫描方式,轨迹规划方案分为STL切片处理、轮廓偏置、轮廓填充、数控加工代码生成四个过程,提出了平行交错往复间隙填充法。实验表明该轨迹规划能够达到选区电化学沉积快速成型的要求,制造出高精度、高表明光洁度的零件。     

Machine path generation using direct slicing from design-by-feature solid model for rapid prototyping

This paper explains a new machine path generating system that its output is compatible with different rapid prototyping processes. The basis of this system is direct slicing from design-by-feature solid model. Slicing a computer-aided design (CAD) model through intersecting the model with the XY-plane at each Z increment is a well-known method of path generation. Slicing a CAD model is currently conducted through stereolithography (STL) file slicing, direct slicing, and additive direct slicing. A direct slicing approach inside a design-by-feature solid modeler is proposed. Autodesk Inventor solid modeler, as a design-by-feature solid modeler, is used for 3D solid modeling. The proposed system is implemented by Visual Basic codes inside Inventor. In this approach, first protrusion and subtractive features that form a model are extracted. Then, the intersection of each feature and the XY-plane is identified. Then, the internal and external loops are found. Depending on the specific rapid prototyping (RP) process requirements, internal or external hatch are also computed, respectively. Finally, a continuous path in required format is generated. The system reported in this paper has been successfully tested on several complex 3D models created in Inventor. The system offers customized output for different RP processes that need external or internal hatch pattern. The proposed approach for generating RP machine path through feature recognition inside design-by-feature solid modeler overcomes with the problems that are caused by imperfect STL files. Also, this system is capable of generating code compatible with major rapid prototyping processes.     

快速成形容错切片中线段集合自适应连接方法

阐述了一种基于STL文件容错分层边界线段自适应连接的有效方法，将自适应方法应用于快速成形数据处理过程中，恰当地选择自适应变量、评价参数和约束条件，并进行数学公式推导。应用该方法实现了STL文件层面边界线的自适应连接。该方法比STL文件纠错方法减少了计算量和人工操作时间；与已有的裂缝跟踪方法相比，对于交叉情况，通过设不可连接端点的方法避免了全部拆分重新连接，提高了计算速度。该方法已在开发的数据处理软件中得到应用，运行情况良好。