三維 CAD模型分層精度與3d打印過程的優(yōu)化

三維 CAD 模型直接分層能夠避免 CAD 系統(tǒng)和快速成形系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及由此引起的模型數(shù)據(jù)精度損失，為快速成形系統(tǒng)提供更精確的層片掃描加工數(shù)據(jù)，提高成形加工質(zhì)量。

針對三維模型適應(yīng)性分層時考慮包含問題使層厚計算模型復(fù)雜，分層效率不高的問題，研究了基于三維模型表面 Z 向特征曲線的適應(yīng)性分層方法。該方法將模型表面的三維復(fù)雜特征轉(zhuǎn)換為分段的二維 Z 向特征曲線，分層時暫不考慮包含關(guān)系，將層厚計算模型簡化為 5 種情形。根據(jù)這 5 種情形的層厚計算公式推導(dǎo)出
Z 向特征曲線幾何特征到適應(yīng)性層厚的直接映射關(guān)系。結(jié)果表明，該適應(yīng)性分層
方法能夠避免大量冗余計算，提高了分層效率。

針對臺階效應(yīng)對成形件表面質(zhì)量的影響，研究了成形件與 CAD 模型間各種包含關(guān)系及其實現(xiàn)方法。根據(jù) CAD 模型中相鄰截面并集或交集面域邊界進行輪廓掃描實現(xiàn)層片尖頂正偏差或負偏差分布；補償層片間的體積偏差實現(xiàn)層片尖頂正負偏差值相等的混合偏差分布。在此基礎(chǔ)上，研究了基于內(nèi)點旋轉(zhuǎn)極徑的三維模型相鄰截面輪廓混合方法，該方法對內(nèi)點旋轉(zhuǎn)極徑與相鄰截面投影后的輪廓邊界交于兩點的三維模型有效；研究了基于相鄰截面投影輪廓邊界并聯(lián)成員的輪廓混合方法，該方法對三維模型表面性質(zhì)無任何要求。這兩種方法在偏差控制因子的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)層片尖頂偏差任意分布形式。

針對實際成形件無法與 CAD 模型直接對比，研究了基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果的成形件形狀仿真方法。該方法以層片為單位，按成形件中層片的加工次序和相對位置逐層生成各層片的數(shù)字模型，將所有層片模型疊加生成成形件的數(shù)字模型。該方法構(gòu)造的成形件模型由數(shù)據(jù)處理結(jié)果唯一確定，其形狀和尺寸不受設(shè)備傳動誤差、數(shù)控代碼圓整誤差等因素的影響，能夠突出數(shù)據(jù)處理方案對成形質(zhì)量的影響，可用于評價和改進快速成形數(shù)據(jù)處理方案。
針對 CAD 系統(tǒng)和快速成形系統(tǒng)間采用轉(zhuǎn)換文件造成模型數(shù)據(jù)精度損失，且使系統(tǒng)集成度降低的問題，研究了 CAD 系統(tǒng)和快速成形系統(tǒng)直接集成相關(guān)技術(shù)。

建立了實時模式下 CAD 系統(tǒng)和快速成形系統(tǒng)直接集成的邏輯結(jié)構(gòu)，開發(fā)了基于CAD 系統(tǒng)的快速成形數(shù)據(jù)處理和運動控制模塊，實現(xiàn)了兩者的直接集成。研究了層片掃描輪廓中高次曲線段用微直線段擬合的方法，獲得了驅(qū)動成形設(shè)備工作的運動數(shù)據(jù)；研究了層片掃描輪廓離散偏差的法向補償方法，提高了層片的實際折線掃描路徑對理論掃描路徑的擬合精度。