面向机械臂3D打印的曲面分区算法

多自由度机械臂3D打印能够突破传统平面分层熔融沉积3D打印工艺单一模型生长方向的限制,支持多方向打印。曲面分层和分区规划是机械臂打印的前提。对于具有多支柱结构或曲面变化率较大的模型经过曲面分层后,会呈现出多岛屿的曲面结构特征。传统的基于空间与平面映射关联的分区方法及基于曲面曲率特性的分区方法存在点面信息丢失、区域关系无法准确构建、子区域数量过多、区域划分不合理等问题。针对这些问题,提出基于曲面分层的复杂多岛屿分区方法。通过遍历每个曲面层信息,判断需要分区的曲面层;采用广度优先搜索算法提取同一封闭区域内的点面信息以及轮廓信息;依据原曲面层点面信息的关联将新存储的面片信息进行更新组合成新的曲面完成区域划分。最终,对具有多支柱结构和外表面凹凸变化较大的两种模型进行分区,路径规划的仿真及机械臂3D打印实验证明了该分区方法的可行性。

打印路径对3D打印混凝土构件力学性能的影响

在3D打印混凝土配合比研究基础上,对打印路径进行了优化设计。采用三种路径打印成型构件,评估了打印路径对3D打印混凝土构件力学性能的影响,并分析了打印构件的力学各向异性,提出了力学各向异性系数,确定了最佳受力方向。此外,通过SEM分析了打印构件的层间界面对力学性能的影响。结果表明:3D打印混凝土构件在Z方向受力最大,打印路径优化后,可有效改善层间薄弱面;打印构件在层间界面处的水化产物未能充分填充,存在空隙、气泡、裂缝等缺陷,使打印构件的力学性能降低。

基于连续顶点分区的混凝土3D打印路径规划算法

针对混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题,提出了一种基于连续顶点分区的路径规划算法。首先,采用基于哈密顿回路的连续顶点分区方法,将打印区域划分为多个连续的区域,以确保在打印过程中打印喷头不会多次经过同一顶点,从而避免了重复打印和成形质量差的问题。然后,使用遗传算法搜索每个区域,通过迭代和优化来确定最短的打印路径。实验结果表明,与其他路径规划算法相比,所提出的算法能够显著减少打印喷头的空行程和启停次数,且缩短打印时间10%以上,有效地提升了混凝土构件的成形质量与打印效率。基于连续顶点分区的混凝土3D打印路径规划算法通过有效划分打印区域、智能搜索最短路径以及合并优化路径的方式,解决了混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题,这可为混凝土3D打印技术的发展和应用提供有力的技术支持。

基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法

连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于连续碳纤维复合材料三维模型的有限元分析数据,通过材料力学计算得到相应的主应力轨迹线;通过连续碳纤维复合材料3D打印的打印参数对得到的主应力轨迹线进行调控,保证每一条轨迹线之间的间距契合3D打印要求;通过坐标变换调整有限元分析坐标系以及打印机坐标系;通过以上调控生成用于连续碳纤维复合材料3D打印的G code规划文件。通过路径规划仿真对比和打印拉伸实验,基于主应力轨迹线生成的连续碳纤维复合材料3D打印路径比传统直线碳纤维复合材料3D打印路径性能提高了4.5%,验证了基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法的有效性。

薄膜电极3D打印装置设计及实验分析

针对薄膜电极的制备,设计并搭建了螺杆挤出式3D打印装置。首先设计了螺杆挤出装置,并对螺杆转速、喷头移速以及挤出流量进行了研究,搭建了一种基于电气比例阀的气路控制系统,可实现远程调控气压,从而为螺杆挤出装置供料。然后选取陶泥悬浮液进行打印实验,研究了螺杆转速、喷头移速对打印成型的影响,确定了Fe_(2)O_(3)油墨最优配方,进行实验来验证了打印薄膜的平整性,并确定了较优的工艺参数;最后以钒酸锂(LiV_(3)O_(8))为主体的热电池正极油墨为打印材料来打印薄膜电极,并测试其放电性能,结果表明,打印的薄膜电极成型精准,致密性良好,放电性能优异。该打印装置适合电极油墨材料的打印。

基于专利导航的食品3D打印技术发展路径研究——以江南大学为例

论文采用专利导航分析的方法,基于incoPat全球专利数据库,从打印原理、打印装置、打印材料3个技术分支角度,对食品3D打印技术专利的申请、授权、状态进行了分析;在此基础上从强化产业技术优势、弥补产业链劣势、填补产业链空白3个角度对江南大学食品3D打印技术的发展路径提出了建议。

基于ABAQUS/FRANC3D的钢轨三维表面裂纹的扩展分析

为分析钢轨三维表面裂纹在轮轨载荷作用下的疲劳扩展路径和应力强度因子的变化,研究钢轨剥离掉块的损伤机理。运用Fortran语言编写用户子程序DLOAD和UTRACLOAD施加轮轨接触应力,利用有限元软件ABAQUS和FRANC3D模拟车轮在钢轨上的移动并分析钢轨三维表面裂纹的应力强度因子随车轮移动的变化情况,并基于PARIS公式和最大周向应力准则对钢轨三维表面裂纹的疲劳扩展行为进行分析。结果表明轮轨载荷仅为赫兹接触压力时,车轮在钢轨表面滚过,裂纹前缘距钢轨表面越深,越易发生扩展,裂纹主要在钢轨的深度方向扩展,可使半圆形裂纹变成长轴在深度方向的椭圆形裂纹;轮轨载荷为赫兹接触压力和滑动摩擦力共同作用时,随着车轮循环次数的增加,表面裂纹的等效应力强度因子Keq不断增大。车轮作用会使距钢轨表面越近的裂纹前缘越易发生扩展,裂纹主要向钢轨的宽度方向扩展,使半圆形裂纹变成形状较为复杂的长轴在钢轨宽度方向的近椭圆形裂纹。

3D路径图用于颅内动脉瘤介入治疗对手术时间和X射线辐射剂量的影响研究

目的研究并探讨三维(3D)路径图用于颅内动脉瘤介入治疗中的应用效果及对其手术时间、X射线辐射剂量的影响。方法选取2014年1月至2016年8月期间收治的100例颅内动脉瘤患者进行前瞻性研究,按照随机数字分组法将其分为对照组与观察组各50例。所有患者均施行颅内动脉瘤介入栓塞术治疗,对照组患者在二维路径图引导下进行介入治疗,观察组患者在3D路径图引导下进行介入治疗。两组患者就其路径图图像质量、手术时间、X射线辐射剂量、透视时间、治疗效果、生活质量评分、复发率等指标进行比较。结果观察组的路径图图像质量优良率明显高于对照组(P<0.05);观察组的手术时间、透视时间均显著短于对照组(P<0.05),其X射线辐射剂量明显少于对照组(P<0.05);观察组的总有效率为94.0%,明显高于对照组的78.0%(P<0.05);两组治疗后的各方面生活质量评分均较治疗前显著增高(P<0.05),而在治疗后,观察组的各方面生活质量评分均高于对照组(P<0.05);观察组的复发率低于对照组(P<0.05)。结论在颅内动脉瘤患者的介入栓塞治疗中,采用三维路径图进行引导,可有效缩短患者的手术时间和透视时间,减少X射线辐射剂量,有利于提高治疗效果,减少其复发,进而全面提高患者的生活质量水平。

FLAC^(3D)中岩石能量耗散模型的开发与应用

岩石破坏是能量驱动下的一种状态失稳现象,从能量角度描述岩石强度及变形行为是评价工程岩体安全和稳定性的有效途径之一。为增加能量理论模型分析工程问题时的适用性,准确描述工程岩体变形破坏全过程能量实时演化及分配规律,利用GCTS岩石力学试验系统,开展了常规单、三轴力学试验,结合能量守恒和有限差分理论,推导了岩石弹性能和耗散能的有限差分方程式,采用FISH语言编制了能量耗散模型的有限差分程序,实现了对FLAC^(3D)应变软化模型的二次开发,补充了软件能量计算模块。通过不同围压下岩石室内试验和数值模拟结果对比分析得到:开发的能量耗散模型能有效描述岩石峰后变形特征及破坏路径,可用于研究工程岩体峰后大变形行为,但对峰前压密和塑性变形阶段的描述需谨慎。利用开发模型进一步讨论了深部巷道变形破坏全过程围岩耗散能演化规律,结果表明围岩耗散能集中区与巷道主破坏位置基本吻合,依据耗散能密度可量化巷道围岩压剪破坏程度,评估峰后损伤围岩稳定性,有效弥补了传统采用塑性区定性判别巷道围岩变形破坏及其稳定性时的不足。岩石能量耗散模型在FLAC^(3D)中的应用,扩展了软件适用范围,研究成果不仅可准确定位工程岩体主破坏位置,同时依据耗散能分布密度可量化评估围岩稳定性,为巷道大变形预测预报及加固方案设计提供了一条新途径。

熔融沉积式3D打印路径优化算法研究

针对目前3D打印加工耗时长、生产效率低的特点,提出一种熔融沉积式3D打印路径优化算法。针对部分零件切片轮廓封闭曲线多的情况,提出一种基于蚁群算法的轮廓路径规划方法,合理规划各轮廓的打印顺序。采用平行扫描对切片截面进行填充,分析扫描线角度对打印效率和打印质量的影响,确定最优扫描线角度,将填充区域进行区域划分,提出了一种基于四点法的区域合并算法,并采用临近法对合并区域打印次序进行优化。运用该算法进行零件打印实验,与传统的平行扫描法比较,3组零件的单层轮廓路径长度分别缩短了19.5%、12.5%、10.7%,打印时间缩短了12.6%、11.6%、8.9%,打印零件的尺寸精度和表面质量均有所提高,结果表明,该算法健壮有效并且打印效率更高。

改进Q学习的薄壁结构3D打印路径规划

3D打印是一项先进的制造技术,通过优化其中路径规划方案可以提高效率或成型质量。由于用于3D打印路径规划的传统方法在打印复杂薄壁结构时效果不佳,该文结合强化学习的智能性,提出了一种适用于复杂薄壁结构的路径规划方法。基于3D打印中的路径规划是填充任务,将强化学习中的路径规划任务转换为全遍历问题。为提高打印效率和成型质量,以最小化打印总成本为优化目标,根据优化目标设计强化学习中的约束条件,即最小化打印头的启停和转弯次数。建立单层切片的仿真环境,采用带有上述约束条件的Q-learning算法,通过计算总成本的值来引导学习,寻找最优路径方案。实验结果表明,该方法在打印复杂薄壁结构上的表现优于用于3D打印路径规划的传统方法。

3D打印路径规划研究

以机械制造为背景,针对机械中多封闭轮廓部件在3D打印路径扫描过程中产生空行程的问题,提出了一种结合遗传算法和蚁群算法的路径规划优化算法,合理规划各轮廓的扫描顺序及扫描起始点,缩短了3D打印扫描过程中轮廓路径的总长度,减少了轮廓路径的空行程,从而提高成型的速度和质量.该融合算法既解决了蚁群算法初期盲目性大的问题,又解决了遗传算法启发信息利用不足和容易陷入局部最优解的缺点.实验结果表明:所提出的方法能够减少空行程,提高成型速度和质量.

基于路径多样性的3D NoC流量均衡容错路由算法

针对三维片上网络中路由算法路径单一、容错机制不完善导致的网络性能受限的问题,提出一种具有路径多样性的容错路由算法。该算法首先分析路由路径,制定出最短路径下的路由策略;然后结合路径多样性,设计路由选择模型;最后对链路故障进行分类,设计更加均衡的容错绕行规则。实验结果表明:该算法相较于对比算法,在无链路故障时,吞吐量提升了2%,传输延时降低了17.1%;在5%链路故障时,吞吐量提升了20.9%,传输延时降低了5.8%。随着链路故障率的增加,该算法仍具有优势。

基于Python的3D打印计算机辅助制造实验教学

针对目前国内高校计算机辅助制造教学仍以商业软件应用技能培训为主的问题,提出了基于Python+3D Printing+CAM路径规划的计算机辅助制造实验教学方案。以易学易用的Python语言为编程开发语言,以操作简单安全的3D打印为数控加工应用对象,指导学生自主开发一套小型实用的3D打印CAM系统,实现3D打印路径规划的各环节算法,包括模型切片、轮廓拼接、填充路径生成、支撑生成与优化、端面封闭、NC代码生成等,最后在3D打印机上对开发的CAM系统进行测试、完善。该方案具有一定的通识性,适用于理工科各专业。

时序敏感的3D IC绑定优化方法

工艺波动下3D IC的成品率受绑定策略的影响较大.为了减少不当绑定造成的成品率损失,提出一种基于关键通路时延的3D IC绑定优化方法.通过绑定前时延测量得到待绑定芯片各层的时序特性,利用不同层上的通路进行时延互补,使用"好"的芯片挽救"坏"的芯片;把最大成品率问题抽象成二分图的最大匹配问题,提出了分级和啮合两种绑定优化算法,采用增广路经算法进行求解.实验结果表明,相对于不考虑工艺波动的随机绑定方法,采用文中方法有效地提高了3D IC的成品率.

3D打印产业技术的演变与预测研究——基于专利主路径分析

作为新兴产业,3D打印产业在近年来受到了广泛关注,并在诸多技术方向上齐头并进,其当前研究重点及其技术未来应用方向值得进行深入的科学分析与探讨。该研究基于专利主路径分析对3D打印产业技术进行演变和预测分析,以德温特世界专利索引数据库为数据源检索3D打印相关技术专利,结合技术生命周期分析,将3D打印技术划分为三个发展阶段,借助Ucinet软件和Pajek软件分析不同阶段的技术发展主路径。结果表明,3D打印技术在设计与生物组织工程等方面的应用将是未来技术发展与市场应用的重要方向。

西门子SIMOTION Delta 3D picker模型应用

本文主要介绍SIMOTION运动控制系统中Delta 3D picker功能的实际应用,阐述了Delta 3D机构的控制参数设定、原点设置、三种路径插补功能在运动轨迹控制中的应用。

基于Q-learning的轻量化填充结构3D打印路径规划

针对轻量化填充结构模型,提出了一种基于Q-learning算法的3D打印路径规划方法,来改善该结构路径规划中转弯与启停次数较多的问题。首先对填充和分层处理后的模型切片进行预处理,然后以减少打印头转弯和启停动作为目标,构建相对应的马尔可夫决策过程数学模型,多次迭代动作价值函数至其收敛,求解出一组取得最大回报值的动作策略,按照所设定的数学模型将该策略转义输出为打印路径,最后通过对比实验进行验证。实验结果表明:该方法能有效减少打印头的转弯和启停次数,增加打印路径的连续性,节省打印时间,同时可以在一定程度上提升打印质量。

电脑动画中3D虚拟人自主运动的研究

电脑动画中复杂环境下3D虚拟人自主运动的研究,是计算机图像处理技术发展过程中急待突破的一个环节。主要原因是传统处理的方式过于复杂耗时。针对上述问题,应用计划分离器建立虚拟人的运动模型,使虚拟人在高低不平的环境中实现正步走、侧走、跑步及跳跃等程序性动画。实验结果表明:提出的方法简单、快捷。

3D激光切割机的MasterCAM后处理定制技术

在分析激光切割机床加工程序格式特点的基础上,以MasterCAM软件的3D数控铣削后置处理文档MPFAN.PST为参照,提出了两种后处理定制的方案及刀路定义要点,有效地解决了3D激光切割加工所需程序输出问题。