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。

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。

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。

空间曲线啮合轮的光固化快速成型制造工艺研究

为了研究空间曲线啮合轮机构的制造工艺,首次采用光固化快速成型(Stereo L ithograph Apparatus,SLA)技术制造出主动轮和从动轮样品。实验结果表明,采用SLA技术获得的空间曲线啮合轮的主动轮和从动轮具有高的形状精度和尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。

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。

CT扫描结合立体光固化技术制造犬肋骨实体的实验研究

目的应用计算机断层成像(CT)扫描和立体光固化(SLA)快速成型技术制造犬肋骨实体,并评估精确度。方法将DICOM格式的犬肋骨数据导入OsiriX软件中,提取右侧第7肋骨图像数据进行三维重建并转化为STL格式文件,再经UG软件处理和修饰,建立计算机辅助设计(CAD)模型,形成IGS格式的文件输送至SLA快速成型机,以光敏树脂为材料制造肋骨实体。应用三维激光扫描系统对人工肋骨实体及其原型分别进行扫描,获取点云数据输入Geomagic Qualify软件进行分析,以肋骨原型为模板,设定偏差值为±0.5 mm,评价精确度。结果应用CT扫描和SLA技术能够制造出具有完全几何外形的犬肋骨实体。肋骨实体经过三维激光扫描后,获得接近30 000个点云数据。肋骨实体与其原型比较,最大正偏差为1.764 mm,负偏差为-2.126 mm,平均偏差为0.183/-0.253 mm,标准差为0.346 mm,88.17%的点云数据在±0.5 mm的范围内。结论 CT扫描结合CAD和SLA技术制造具有完全几何外形的人工肋骨实体,具有精确度高及制造过程快速、便捷、直观和无创的特点;根据扫描提示的偏差部位,明确需要进一步优化和改进的区域。

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。

快速原型制造技术及在塑料行业中的应用

本文概要地介绍了快速原型制造技术与常用方法。重点介绍了激光造型的原理、应用软件的构成、设备的配置及适用材料。并介绍了快速原型制造技术在塑料行业中的应用前景及应用实例。

基于动态局部体素模型的四轴加工干涉研究

针对模型求交方法导致的刀具干涉处理算法的效率瓶颈问题,对三角网格模型的特点、体素模型建立与优化、刀具干涉检测和处理等方面进行了研究分析。通过对截平面法和传统全局体素化算法的特点的归纳,建立了一种动态地按需建立局部体素模型,并且实现了模型相邻局部之间的数据复用;基于动态局部体素模型设计了三角网格模型四轴加工路径,提出了刀具干涉快速检查和处理算法,并利用光固化立体造型格式作为输入模型进行了测试实验。研究结果表明:动态局部体素化算法能够在相同内存容量下提高大尺寸三角网格模型体素化后的体素精度,基于动态局部体素化模型的干涉检测和处理算法具有较高的效率和准确性。

基于STL的斜壁结构支撑及自动生成算法

为进一步降低熔丝沉积成形设备的运行成本,同时提高成形效率,设计一种斜壁结构的支撑,基于STL模型提出并实现其自动生成算法.实验证明该支撑结构与常用直壁结构支撑相比,不仅能够有效辅助零件实体的成形过程,而且能够尽可能地减少支撑材料消耗量和成形时间.算法实用可靠,已成功集成至Power RP软件支撑模块中.

基于STL文件和有限元法的在轨航天器关键部件热计算

针对STL(stereo lithography)文件在传递复杂几何实体模型信息方面具有精度高的特点,提出了一种基于STL文件计算复杂结构角系数和外热流的方法.根据单元和节点的拓扑关系识别六面体网格边界单元并进行辐射换热计算.详细阐述了基于STL文件和有限元法进行复杂结构的角系数和外热流的计算方法.研究了导热-辐射耦合计算的有限元方法.最后利用有限元法计算航天器关键部件在轨的三维瞬态温度场.

一种等高线数据格式与STL文件格式转换方法

针对大幅面复杂等高线数据格式与增材制造技术标准接口文件STL(stereo lithography)数据格式转换步骤多、效率低的问题,提出了一种基于等距离散与Delaunay三角剖分算法为核心的数据转换方式,将等高线的线性数据转换为点云数据后,通过三角剖分将其转化为STL网格,减少了数据处理过程中冗杂的处理步骤,快速、高效地实现大幅面复杂等高线数据格式与STL数据格式的转换,为增材制造技术人员提供了方便快捷的三维模型获取方法。并以某省地形图等高线数据为研究实例,验证了该方法的可行性。

基于自适应离散标识法的支撑自动生成算法

针对快速成形中支撑生成算法效率较低的问题,提出了一种基于自适应离散标识法的支撑自动生成算法.该算法使用自适应步长形成离散栅格,标识出立体光刻(STL)模型三角面片的投影位于栅格内的面片集合,减少支撑射线与三角面片求交的数量,避免大量无效计算,达到提高支撑生成效率的目的.通过工艺实验验证了此算法生成支撑的正确性及可行性.该算法具有线性时间复杂度,但空间复杂度随着自适应步长的减少略有增加.测试结果显示此算法比优化前的算法效率可提高约20倍,且比快速成形软件Magics-RP的支撑生成速度快,已在实际加工中得到成功应用.