碳纤维长纤3D打印的路径跳转处理

针对碳纤维长纤3D打印复杂模型的路径跳转问题,以三维模型切片处理后的G代码文件为基础,对其进行3D打印跳转点识别;基于三维路径坐标与远端切断装置间的距离关系,实现打印跳转点与纤维切断点的精确匹配,进行连续性纤维远端切断处理。通过不同打印路径的三维模型跳转点与断点的仿真分析,以及碳纤维长纤3D打印系统对单层及多层模型的3D打印测试,验证了路径跳转处理方法对连续纤维复杂模型3D打印成型的可行性。算法为碳纤维长纤3D打印的实现提供基础。     

基于分层切片算法的射钉器壳体逆向工程与增材制造的应用研究

基于STL文件的三角面片分层切片算法原理,选用企业新型产品射钉器壳体为载体,进行贴标志点、扫描、点云数据分析处理、曲面实体三维建模重构、三维曲面的创新设计,得到新的曲面模型零件,应用三角面片分层切片算法,对三维曲面模型数据进行分层处理。在3D打印软件中进行相关打印参数设置,完成3D增材制样打印。经检测,打印样件能满足工业产品的要求。可见应用增材制造,可提高企业产品的生产效率,降低生产成本。     

科赛尔δ结构3D打印机

对科赛尔δ 3D打印机进行了介绍。首先运用Catia软件进行模型建立,再通过Pro/E软件处理所绘制的模型,同时生成G代码,3D打印机根据G代码程序,在步进电动机的驱动下,运用机械结构三维运动原理,将打印材料加热融化挤出,在工作空间内进行材料粘连堆积,从而形成成品。     

连续碳纤维复合材料3D打印的切片方向调控

三维模型切片处理是3D打印的前提。由于连续碳纤维复合材料各向异性的特点,分层处理前,根据成型样件力学性能的方向性要求,对三维模型切片方向进行调控是获得满足成型性能需求的碳纤维3D打印零部件的保证。在三维拓扑重建的基础上,通过力学方向约束下的坐标矩阵变换算法实现三维模型切片处理的方向性调控;采用变换矩阵空间后的切平面相交法进行等层厚分层处理,实现连续碳纤维复合材料3D打印成型路径方向规划。通过不同模型多方向切片处理实验证明算法的有效性。     

碳纤维长纤3D打印的连续性路径规划算法

碳纤维长纤复合材料3D打印过程中,由于纤维连续性的特点,需要对其成型路径进行合理规划,减少断点跳转。传统三维模型切片处理的方式是顺序往返直线填充,所生成路径的跳转点较多,不适合连续性纤维3D打印。针对问题,提出方向可调的"Z"字填充算法,采用填充角度动态可调的平行线扫描填充方式,并将相关联交线按照奇偶原则连接,减少跳转,实现路径连续最大化。不同形状三维模型切片处理实验表明新算法能够减少3D打印路径跳转率60%以上,满足长纤维3D打印连续性的要求,为碳纤维长纤3D打印的应用奠定了基础。     

3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究

针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。     

基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法，由于成型方向的单一性，悬空结构无法避免支撑的产生；由于采用基于轮廓的路径规划，缺少内部几何信息，无法扩展到曲面空间。针对以上问题，提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理，保证空间信息的完整性；在无支撑无碰撞约束下，分解成系列体素曲面层，保证无支撑成型；采用Fast Marching网格测地线算法，形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径，并对路径进行平滑优化，保证路径的连续性；最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验，证明了该方法的可行性，实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。     

基于三维扫描和3D打印的鼻套模具制作关键技术

为解决喷火表演鼻子容易烧伤的问题,运用三维扫描技术进行反求设计,并用3D打印方法制造。首先,使用三维扫描仪获得鼻子部位扫描曲面,运用Meshmixer软件对曲面处理得到鼻子三维数字模型;其次,绘制鼻套设计所需三维模型并与鼻子三维模型进行布尔运算,得到鼻套模具三维模型,将模型数据导出为切片软件可识别的STL文件;然后,设置熔融沉积成型3D打印机参数、添加外部冷却设备,以聚乙烯醇(PVA)为打印耗材,对鼻套模具进行打印;最后,使用硅胶浇注、热水溶模的方法得到一体成型的鼻套模型。结果表明:该方法能够有效应用于鼻套模型的制作,实现三维扫描曲面壳体到模具实体的转化,为类似产品的制造提供了一种方法。     

3DP分层切片中基于点云射线投影的NURBS曲面切片算法

给出用于三维打印机的分层切片算法。利用打印模型点云图像不同方向的分形维数参数和切片层数来确定切片方向;通过建立点云在切平面映射的NURBS曲线来拟合模型轮廓线,然后产生打印机使用的指令G代码。设计λ进制数来确定切片方向。λ进制数由两个要素组成,其一是分形维数D,其二是切片层数N,D和N都是越小越好。确定了打印方向后,可进行切片处理,得到切平面。点云图像的散乱点映射到切平面,这些点用带一定偏移量的射线来划分,射线与点云交点就是形成NURBS曲线的控制点。详细给出控制点寻找以及建立NURBS曲线及曲面的过程。首先引入分形维数参数D作为重要参数来确定切片方向,使用λ进制体系优化打印方向,提出高效的射线分割算法来分割点云,并使用NURBS曲线拟合来获得精确的边界轮廓。通过两个模型验证该算法误差都在公差允许范围内,优化了打印方向,提高了打印速度。     

面向STL文件的截面轮廓线段连接方法研究

针对3D打印中模型数据的截面轮廓求取问题,分析STL文件的计算机数据格式特征,提出面向STL文件的截面轮廓线段连接算法.首先,通过STL文件的相交面片选取与求交计算,直接生成相交截面的轮廓线段;然后,通过轮廓线段的连接判断,快速生成模型数据的截面轮廓;最后,借助PythonOCC的开源三维模型显示平台,使用Python的计算机编程语言编程开发面向STL文件的截面轮廓生成模块,并通过多个模型的数据测试对所提算法的有效性给予验证.实验结果表明,所提算法可完全避免模型数据的拓扑数据操作,并通过STL文件的直接数据处理,直接实现3D打印中模型数据截面轮廓的快速生成.     

3D打印机G代码预处理优化算法

为了突破现有3D打印机控制系统原有的文件处理模式的限制,提出将G代码程序在PC端先行预处理的方法。在程序预处理过程中,同时对多段微小线段进行前瞻控制和速度规划;预处理结束后,再将处理结果输入3D打印机执行打印操作。该方法减少了3D打印机处理器负担,且通过PC端预处理可以得到更优化的计算结果。实验测量数据证明：G代码预处理方法与传统G代码处理方法相比,节省了打印机处理器处理时间,同时提高了打印品质。     

增减材复合制造加工FDM薄壁样件研究

研究了增减材复合制造加工熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)薄壁零件的方法.结合增材制造和减材制造,改造传统独立双喷头3D打印机,修改右侧喷头为数控铣刀,在3D打印模型切片时对模型外轮廓进行识别和处理,生成数控加工代码,自动集成到3D打印G代码中,可对薄壁零件进行直接打印,并获得高...     

磨牙冠四轴联动加工的后置处理与仿真

对磨牙冠结构特性、加工刀轨特点以及四轴联动雕刻机旋转轴特性进行分析,在此基础上提出其四轴联动加工的后置处理算法.在该算法基础上,利用Visual C++6.0软件开发出单独的后置处理程序,将加工刀轨的刀位文件处理生成ISO格式的G代码文件.为了验证后置处理程序的正确性,利用数控仿真软件Vericut 7.0建立四轴联动雕刻机的仿真模型,对后置处理程序生成的G代码文件进行仿真.仿真结果表明,后置处理程序符合预期要求.     

熔融沉积式3D打印切片轮廓路径优化算法

在研究3D打印切片过程中,针对当前存在打印效率低、加工时间长等问题,提出一种熔融沉积式3D打印切片轮廓路径优化算法.该算法采用一种改进的最短距离法确定各个轮廓的打印起始点,并将蚁群算法与遗传算法有效结合,形成一种改进的蚁群算法模型,最后应用到3D打印切片轮廓路径规划中,求出单层轮廓的最优打印顺序.通过与传统切片软件Cu...     

基于垂直扫成的三维打印支撑生成与优化研究

提出一种面向熔融沉积三维打印的支撑生成和优化算法,通过网格模型面片倾斜度与打印层高关系以及网格模型拓扑关系快速确定需要支撑的模型表面,将其纵向扫成为包含支撑体的三维网格模型,并对支撑面奇异点分裂以保证扫成模型为二维流形,基于该扫成模型与原始模型的关系,通过二维分层切片间的布尔操作求解得到层片化的支撑模型,然后综合支撑模型的可打印性因素,对上述支撑进行优化处理,得到理想可打印的三维支撑模型。通过复杂网格模型的三维支撑生成实例,验证了算法的有效性和鲁棒性。     

摆头转台加工中心五轴联动加工的后置处理与仿真验证

在对东芝BTU-14五轴加工中心结构特性、东芝TOSS999控制系统特性以及五轴联动加工编程特点进行分析的基础上,提出其五轴联动加工的后置处理算法。在该算法基础上,利用VisualC++6.0开发出单独的后置处理程序,将加工刀轨的刀位文件处理生成东芝格式的G代码文件。为了验证后置处理程序的正确性,利用数控仿真软件Vericut 7.0建立机床的仿真模型,对后置处理程序生成的G代码文件进行仿真。最后实际加工了一个测试样件,证明了后置处理程序的正确性。     

FDM技术中基于层轮廓特征的路径规划方法研究

通过对3D打印技术中目前主流的路径规划方式的研究的基础上,提出了基于层轮廓特征的路径规划方法,即对同一三维模型分层处理后针对不同层截面轮廓特征采用不同的路径规划。运用G代码仿真和3D打印实验验证方法,得到如下结论:采用Hilbert曲线路径规划可提高制件的打印精度;采用三角形分形路径规划可提高制件的打印效率;采用并行栅格路径规划、普通蜂巢路径规划在充盈度、饱满度比较差的截面上可提高成型质量。经过实验数据分析,所选用的路径规划提高了打印精度与打印效率,对熔融沉积成型合理选用路径规划具有借鉴意义。     

基于3D打印技术的食品成型设备结构设计及有限元分析

食品3D打印作为一项新兴技术近年来获得了广泛应用。针对流体型食品3D打印的成型特点,采用模块化设计思想构建了设备的设计方案,运用Pro/E软件建立了设备的三维模型,再将模型导入到Ansys Workbench软件中,对设备进行了有限元静态分析和模态分析,静态分析结果显示其最大应力小于许用应力,强度符合要求。提取了设备模态分析的前六阶振型图,并在软件仿真的基础上搭建了食品3D打印实验平台,对食品3D打印设备进行了动态特性实验和出料实验,通过对比动态特性实验结果与仿真结果,验证了有限元分析的有效性,且出料精度达到相应标准,表明所设计的食品3D打印设备满足设计要求。     

激光快速成型机数控代码的生成及实验研究

在快速成型技术中,通过数据处理及工艺规划软件对三维模型的分层处理得到CLI文件,从CLI文件入手,设计了自动生成数控加工代码的方法.利用VisualBasic程序设计语言,开发了一套快速成型制造系统软件原型.通过特定零件的成型实验,对制造系统软件进行验证,同时分析实验环境及工艺参数对成型效果的影响.     

基于Clipper的3D打印支撑算法研究与设计

利用clipper库(二维图形裁剪库)对3D打印过程中生成的上下两层切片轮廓进行布尔运算,得到当前层的支撑区域,使用逆向分层的思想得到模型的全部支撑区域,并采用直线扫描的方式对支撑区域添加薄板支撑。通过桌面3D打印机打印实验证明,该算法简化了运算,确保了支撑添加无遗漏。