CAD模型的直接切片在快速成形系统中的应用

概述ＳＴＬ切片、容错切片、直接切片、直接适应性切片等多种模型切片方式。介绍直接切片研究工作及其在武汉滨湖机电技术产业有限公司的应用情况,并分析制件精度提高的根本原因。     

快速成形领域中的直接切片研究

对比了直接切片文件与STL文件各自的优缺点，介绍了CLI、SLC等多种直接切片文件格式，提出采用英国Delcam公司的PIC文件作为直接切片数据描述格式的方案。实际制件应用中发现，PIC文件采用直线、圆锥曲线、三次Bezier曲线描述2维截面轮廓，在精度、文件大小、处理时间等方面都优于线性近似描述格式。     

快速成形中直接切片补偿曲线转接方法研究

对快速成形制造中直接切片补偿曲线转接方法进行了分析,提出了曲线转接时微线条的处理方法;并在AutoCAD环境下利用ARX开发了软件,用提出的方法实现了真实边界中补偿曲线转接。     

快速成型中直接切片边界曲线补偿方向判定

在分析快速成型制造中直接切片真实边界曲线补偿方向特点的基础上，提出了一种将曲线边界转化为直线多边形进行补偿方向判定的方法，并阐述了该判定方法的几何意义。在AutoCAD环境下利用ARX开发软件，实现了真实边界中曲线补偿方向的自动识别。其优点是不需要将曲线用细小的直线段逼近，利用曲线直接确定边界补偿方向，提高了计算速度，减少了加工件微小特征的丢失。     

快速成形中切片位置和切片厚度的选择

减小尺寸误差、提高表面质量是快速成形的重要目标。本文通过比较切片层上表面L1 1、中间截面L1 0．5和下表面L1的轮廓环数,正确选择切片位置,减小小特征遗失引起的误差;分析了成形制件典型表面直线边和曲线边的表面轮廓算术平均偏差Ra,根据Ra反求出最佳烧结层厚,并进一步给出了CAD模型切片厚度的选取方法。     

CAD系统与快速成形系统的直接集成方法

为避免CAD系统和快速成形系统之间采用三维模型的转换模型造成精度损失,研究了两者直接集成方案及相关技术。分析研究了CAD系统和快速成形系统的直接集成模式,指出两者集成的实时模式体现了先进制造技术的集成化发展趋势;研究了在CAD系统内部提取层片轮廓扫描数据的方法,以及实时模式下三维CAD模型对成形设备的直接驱动和运动控制;最后在聚苯乙烯泡沫材料成形机上以层片加工为例进行了试验。结果表明,CAD系统和快速成形系统之间可以避开三维CAD模型的STL格式转换等近似处理环节,从而在CAD系统内部直接驱动和控制成形设备进行加工,实现两者的直接集成。     

UG点集处理技术在直接切片中的应用

在UG环境下利用点集处理技术,完成对切片过程中界面轮廓出现的圆锥曲线、三次Bezier曲线等不规则曲线,进行参数化直线处理;仅仅使用一种直线线型描述切片结果,这样可在很大程度上简化RP数据处理软件的设计.     

基于STL格式的实体分割

介绍了一种在快速成形系统制造中如何将一个较大的实体分割成若干个独立的小实体的方法,解决了快速成形设备受加工零件尺寸限制的问题,对扩大快速菜设备的尺寸加工范围具有重要意义。     

智能化的快速成形切片算法

介绍一种智能化的快速成形切片算法。切片算法可提高计算机的运算效率，加快切片速度，避免内存中足的限制。如果ＣＡＤ模型的ＳＴＬ文件太大，切片算法能够自动把它分成数个较小的ＳＴＬ文件段落，以便读进计算机内存进行切片，同时能保障模型段落之间的平滑过渡。在切片的过程中，产生一个吡邻表，以建立模型的三角形网格的形状结构关系，不必筛选排列切点就可获得切片轮廓。     

基于ObjectARX三维模型切片软件的开发

提出一种新颖的直接切片方法，用于快速原型制造领域。即利用AutoCAD的二次开发工具ObjectARX开发一个动态链接库，运用于AutoCAD的集成开发环境中，实现三维模型的直接切片。同时自行开发一开放接口，用多层表数据结构存储每一层切片轮廓数据，实现切片数据的通用化。     

基于STEP的非均匀自适应分层方法

现有的自适应分层方法,通常对整个零件采用同一个最大的尖顶高度要求,实际上,大多数零件由于表面的重要程度不同,而需要不同的尖顶高度要求。对零件的不同表面采用不同的尖顶高度要求,可以进一步提高自适应分层的效率。为此,提出了一种在CAD系统外直接对STEP标准CAD模型进行非均匀自适应分层的方法,CAD系统与分层系统之间的数据交换采用STEP中性文件的格式。选择好零件的制作方向后,用户可根据零件表面的重要程度指定不同的尖顶高度要求,然后系统自动对CAD模型进行自适应分层。最后给出了分层实例,并对结果进行分析。     

面向快速成型制造的CAD平台内嵌式通用接口

面向快速成型设备的CAD平台中的内嵌式通用接口，可直接在CAD建模环境下零件模型实施自适应直接切片操作，同时生成以片层结构数据为单位的快速成型接口文件，该接口使用NURBS曲线对各截面的片层结构轮廓进行精确地解析重构；依据重构后的NURBS截面轮廓，自动填充功能可精确地生成快速成型设备的X，Y向栅线扫描路径。实验数据表明，与利用STL模型切片获得的得的多义线轮廓对比，经NURBS解析重构后的自适应直接切片轮廓与原始轮廓间的拟合误差降低98％以上，所需的NURBS线段数目减少77％以上。     

一种提高快速成形系统精度的新切片算法

现有快速成型系统的切片规则不能保证整个原型件的单侧公差,从而影响了快速成型系统的成型精度。本文研究了一种基于STL文件几何信息切片的新规则,通过计算零件法矢量与快速成型加工方向的点积来选择合适的切片方法。实验证明:与传统切片规则相比,这种新切片规则有效地提高了快速成型系统、尤其是应用等厚度切片的快速成型系统的成型精度。     

Direct Slicing from PowerSHAPE Models for Rapid Prototyping

Rapid prototyping processes produce parts layer by layer directly from CAD models. An efficient method is required to slice the geometric model of a part into layers. Several slicing methods are introduced in this paper: slicing from STL files; tolerate-errors slicing; adaptive slicing; direct slicing; adaptive and direct slicing. PowerSHAPE is a powerful package for building models, and it provided macro language and picture files for its secondary development work. To meet rapid proto-typing slicing demands, the author proposes a direct slicing approach based on PowerSHAPE models. In this method, lines, arcs and Bezier curves are used to describe the section contours. This approach can be used in stereolithography, selective laser sintering, fused deposition modelling, and other rapid prototyping processes, e.g. laminated object manufacturing. It may be the future solution to existing slicing problems.     

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.     

一种基于STEP的CAD模型直接分层方法

提出了一种基于产品模型数据交换标准的3维计算机辅助设计实体模型直接分层方法,零件的原始计算机辅助设计模型以产品模型数据交换标准中性文件的格式输入分层系统,系统提取其几何拓扑信息并重建计算机内部几何模型。用户选择零件的制作方向并指定分层厚度后,系统自动对计算机辅助设计模型进行直接分层,分层结果可直接送到各种快速成型系统加工。基于产品模型数据交换标准的计算机辅助设计模型直接分层不依赖任何特定的计算机辅助设计系统,通用性、灵活性好,而且产品模型数据交换标准文件的数据量大大小于STL文件,有利于网络化设计与制造环境下的数据传输与交换。     

三维模型的适应性切片方法研究

阐述了一种基于STL文件进行自适应切片的有效方法，以减少台阶效应对成形零件各种性能的影响。利用零件STL文件中小三角片法向量，计算出各小单元层侧表面最大法向量，适应性地计算出在分层方向上每层切片的厚度，确保层与层之间的台阶效应在允许值范围内。利用STL小三角片数据反向求出其切片方向对应小单元层的法向量，提高了计算速度。对该方法在直接切片时的不足进行了分析，提出了精确性修正方案。     

快速成型及非接触式数据采集技术应用

快速成型是由计算机对产品零件进行三维模型设计,综合了计算机辅助设计、计算机辅助制造、激光技术、新材料技术等,省去传统加工所需要的刀具、夹具等,缩短了生产周期。通过逆向工程中的非接触式测量方法为例,介绍了产品测量应用及测量后处理,实践证明该方法是可行的。