STL模型布尔运算的实现

首先建立STL模型的拓扑结构从而获得三角面片间的相邻关系.通过两个实体间的棱面相交性测试获得交点和交线,进而提取交线环.利用约束Delaunay方法对相交的三角形进行二次三角形划分,将相交表面沿交线环剖分为多个面域,利用射线法判断各个面域相对于另一实体的位置关系.通过提取相交环来决定有效的相交线降低了位置关系判断的复杂性,提高了布尔运算的稳定性.

基于水平扫描线算法的STL模型三维网格化

借鉴快速成形技术中的分层切片思想,针对立体光刻(STL)表面模型,提出一种高效、稳定的三维网格自动生成算法.首先,将STL模型沿Z向剖切成叠层的二维切片环;然后,采用水平扫描线算法离散各层二维环区域,生成均匀、连通的矩形网格;最后,将各层中所含的小矩形沿Z向拉伸至各自上一层高度,从而将表面模型重构为立方单元组成的三维网格.实际算例显示:基于该算法的三维网格自动生成程序可以在保证网格高精度的前提下,有效地提高计算效率,并降低空间复杂度.

基于离散点云直接映射STL文件的建模技术

随着计算机技术的发展,反求工程技术和快速原型技术的结合日趋紧密,纯复制的反求工程已不再适应市场发展的需要,在产品的设计和制造阶段都需要具备创新环节的反求工程技术的支持。提出综合优化的方法:对扫描后获取的离散扫描点进行平面的三角剖分及环域间的三角剖分,生成sTL文件格式,并结合环域划分风格的特点,使用最小权和最小内角最大化相融合的方法,实现二维优化:当要维坐标释放到空间后会破坏三角形形状,影响模型的质量,用增加点的方法,得到三维优化后的原产品模型的STL文件格式。在布尔运算的基础上,通过对反求模型的三角网格进行任意叠加和任意截取,产生新产品的STL文件格式;对新产品进行总体形状控制、过渡圆角处理等空间优化工作,最终实现新产品创新,缩短了产品的开发周期,降低了开发成本。

RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法

为克服STL网格化文件存在容易丢失精度等固有缺陷,提出基于STL的精确自适应分层系列算法,从提高分层截面的轮廓曲线精度出发,同时考虑到后续数控插补的适应性,采用曲率连续的适应性强的Clothoid曲线拟合算法,重构曲线轮廓并得到拟合加工点;同时在自适应分层中采用垂直轮廓参考曲线上点的切线角决定切片的厚度,有效提高了切片精度和效率,最后采用熔融沉积成形系统进行快速成形验证。结果表明,该方法有效减小了原有的STL格式文件的固有误差,提高了快速成形制件的加工表面质量和效率。

增材制造中STL模型优化切片算法研究

为了提高增材制造过程中STL数据模型的切片效率和成功率,提出了一种优化切片算法。该算法主要包括三角面片分层求交、优化相交轮廓、轮廓顶点排序3个部分。首先,将所有三角面片基于其切片方向上的最低顶点进行分层,从前一层切换到当前有效层时,继承前一层的有效数据;然后结合射线法和深度优先搜索算法解决奇异情况下轮廓相交的问题,得到轮廓最外层顶点;最后,采用多重深度优先搜索算法,根据交点形成的线段的连通性,对轮廓顶点进行排序。基于Qt开发平台编写测试程序,对复杂STL模型进行切片测试。结果表明,该算法能较好地解决切片过程中轮廓相交的奇异问题,并且对于包含多个闭合孔洞的复杂STL模型也能很好地完成切片工作。

STL模型的立体显示及其多屏拼接

介绍了基于微机的多通道STL模型交互式立体显示系统。首先由程序提取STL文件三角形面片以及向量坐标信息,进行数据冗余处理和顶点向量的光滑处理,并通过OpenGL生成可视化的STL三维实体模型。利用偏振光叠加的方法实现立体显示功能,提出了以网络同步功能为基础的多通道多屏拼接方案,开发了基于SpaceBall的交互功能,实现对STL模型的位置及姿态进行控制。作为低成本的虚拟现实系统,该系统方案可应用于多种领域。

支持STL数据源的网格曲面动态空间索引

针对STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷,提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法,在消除网格顶点数据复本的过程中逐步构建网格曲面顶点的KD树,通过该索引提高顶点数据复本消除效率,并基于KD树叶节点层数据存储的开放性融入半边数据结构,实现曲面拓扑结构的快速重建。最后,对6个不同规模的数据模型进行实验:与采用R*-Tree、数组、散列表作为索引等方法相比,所提出的KD树与半边结构融合的动态空间索引在处理近百万面片的数据文件时,去除冗余顶点用时11.93 s,拓扑重建仅仅需要2.87 s,大大减少了冗余顶点的去除时间和拓扑重建时间,并且有效支持网格曲面拓扑邻域信息的快速查询,查询时间在1 ms之内,远小于对比算法所用时间。实验结果表明:所提算法能够提高网格曲面冗余顶点去除效率和拓扑重建效率,实现网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。

光成形的光固化理论分析与实验研究

通过对高斯光斑的曝光固化理论分析 ,得到了固化物形状、大小与光强分布和曝光量的关系 ;利用光纤直接曝光固化实验 ,得到了紫外光固化树脂的临界固化能量和吸收系数两个特征值 ;通过Matlab的计算建模和固化实验分析 ,验证了理论分析的正确性 。

光固化快速成型的轻质AGARD-B模型气动特性实验研究

传统金属制风洞模型质量大,设计加工周期长、成本高,为此笔者提出了采用一种光固化快速成型技术,设计加工轻质风洞模型的方法,并对比分析了引起光固化快速成型的轻质和金属AGARD-B模型气动特性间差异的原因。结果表明,在跨声速范围,轻质模型同金属模型的气动特性基本吻合,光固化快速成型技术的高速风洞模型设计方法基本可行。

应用于陶瓷材料的快速成型技术的发展

集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果的快速成型技术,可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂形状的零部件,有效地缩短了产品的研发周期,提高了产品设计、制造的一次成品率,降低了产品开发成本,给制造业带来了根本性的变化。介绍了国内外快速成型技术的发展状况,分析了快速成型技术的原理和特点,重点介绍了目前应用较多的立体光固化、选择性激光烧结、分层实体制造、熔积成型等快速成型方法以及快速成型使用的材料。快速成型技术正朝着精密化、低成本、标准化方向发展,并以能直接生产半功能性、功能性零件为目标。快速成型技术必将成为21世纪陶瓷材料的主要成型工艺之一。

导板设计和三维打印技术对根管导板精确度的影响

目的:在离体牙模型上比较不同导板设计和不同三维(3D)打印技术制作对根管导板的精确度的影响。方法:建立3D上、下颌前磨牙牙体硬组织和根管模型。在模上根管导板设计为直接打印法和间接制作法;3D打印技术为熔融沉积快速成型(FDM)和光固化成型(SLA)。比较实际开髓通道和虚拟开髓通道的起点(开髓孔),终点(牙全长的1/2位置)和角度偏差,评估导板精确度。结果:FDM直接法的偏差值最大[起点(0.86±0.32)mm,终点(1.20±0.37)mm,角度(5.5°±1.8°)]。SLA间接法的偏差值最小[起点(0.15±0.13)mm,终点(0.30±0.22)mm,角度(1.5°±0.7°)]。结论:导板制作间接法较直接法精确度高,打印技术光固化成型的角度偏差较熔融沉积快速成型小。

微光成型法图形数据的提取和处理

利用对AutoCAD实体造型模型的等高截交处理 ,获取一系列截交面图形数据 ,再以DXF格式和LDI格式进行提取和保存 ,从而获得便于进一步应用的图形数据。并在此基础上进行了立体模型的再现 。

基于VRML文件格式的彩色切片研究

在快速成型领域,STL已被公认为是一种使用相当广泛的标准零件描述文件格式。但是,STL文件格式无法保存三维模型的颜色等信息,所以该文件格式无法在彩色三维打印系统中用于传输数据。而VRML作为诸多现存文件格式中一种,可以有效地保存三维模型的颜色等信息。根据这一特点,采用VRML文件格式作为新的数据接口,通过提取VRML中的颜色等信息,对三维实体模型进行彩色切片;并利用实验室自行开发的彩色三维打印系统,成功打印出彩色三维模型。

复合型跨声速风洞AGARD-B标模设计与加工制造方法

提出一种内部嵌套金属骨架/外部光敏树脂快速成型制造复合型跨声速风洞模型的方法,以AGARD-B标模为验证实例,介绍了复合型模型内部金属骨架与光敏树脂外形结构设计与加工制造方法,并完成了验证模型机翼金属骨架结构优化设计;对验证模型的强度、刚度校核与试验系统振动分析结果表明,在跨声速范围此方法基本可行。与金属模型相比,复合型模型减小了风洞模型重量,提高了模型-支撑系统固有频率,缩短了模型设计与加工周期。

在机检测中三角网格拓扑重建方法的研究

对STL(Stereo Lithographic)模型中三角面片进行拓扑重建是解决在机检测系统中对零件模型表面进行曲面划分的前提条件之一。在建立点-边拓扑关系的基础上,将原有基于顶点坐标值浮点数比较的半边匹配结构转化为基于索引值的整型数匹配,并提出了基于关联-散列结构三角网格拓扑重建方法。该方法采用散列结构为辅助数据结构来减少STL模型顶点归并和边界归并的计算量,利用STL模型相邻网格单元数据相关性降低哈希函数的构建难度并提高冲突处理效率,在滤除冗余数据的同时完成拓扑关系的建立。计算实例验证了该算法的高效性和有效性。

三维打印技术研究

从材料形式与原理两方面对几种主流的3D打印技术进行了详细的对比与分析。研究表明:基于液态形式的三维立体光刻技术具有最高的精度,但可用材料较少且成本较高;基于粉末形式的3D打印技术可用于对结构稳定性要求高的工件制作;而基于薄片形式的分层实体制造技术可用于对精度要求不高的批量制造。

快速成型技术发展综述

介绍了国内外快速成型技术的发展状况,分析了快速成型技术的原理和制造工艺及目前应用较多的立体光固化(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、熔积成型(FDM)四种快速成型方法,并结合该技术研究的最新进展,提出了快速成型技术未来的发展趋势和研究重点。

微流控芯片计算机辅助设计、辅助制造方法研究

介绍了一种采用计算机辅助制造中快速成型技术实现微流控芯片快速制作的方法。采用VB二次开发工具(VBA),在计算机辅助设计(CAD)二次开发平台上建立微流控芯片三维CAD立体模型,并通过计算机软件算法对CAD模型进行分层切片,为实现微流控芯片计算机辅助制造提供加工数据。文中针对微流控芯片加工精度要求高的特点,提出了采用位图数据图像格式(BMP)数据格式取代快速成型分层切片中常用的三角面片数据格式(STL),并对具体实现方法进行了详细介绍。

光成型法三维模型的动态截交和实体重现仿真

光成型法是将三维实体模型转化为一系列二维平面，再逐层固化叠加成型。为此，利用Object ARX编程，对AutoCAD进行二次开发，获取立体模型的结构特征，再经过处理得到所需的二维平面数据图形；同时，运用区域二叉树原理，拾取平面图形所含的各轮廓环，并生成一个单一区域，再按照光成型法的层叠成型原理，对区域逐层“拉伸”，实现三维实体模型的重组再现。另外，通过实时显示，动态地展示了截交和三维再现的过程，以便于检验所得平面图形数据和成型物的正确性。

不同机翼优化构型的轻质F4模型气动特性实验研究

采用光固化快速成型技术（SL）加工基于气动/结构耦合分析的六套不同机翼优化构型的轻质F4模型,在0.6m跨超声速风洞完成了马赫数0.6-0.85范围内的气动力测量试验。试验结果表明,采用气动/结构耦合优化设计的代号为6#的轻质F4模型升力特性与国外结果较接近,与机翼三维变形的事实吻合,验证了采用的气动/结构耦合优化设计方法基本可行,为探索模型静气动弹性风洞试验数据修正方法提供了参考。