摘 要

快速原型制造技術自出現(xiàn)以來就以其柔性高的特點獲得制造業(yè)和學術界的普遍關注。它采用離散/堆積的加工技術，將三維實體沿某一方向進行分層處理，依據(jù)二維截面輪廓數(shù)據(jù)加工層片后堆積還原成三維實體。該技術是機械工程、CAD、數(shù)控技術、激光技術、計算機技術和材料科學的綜合集成，可以由 CAD 模型直接制作三維實體零件，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期，對制造業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。
本文先對快速原型制造技術進行了概述，并介紹了其國內(nèi)外發(fā)展與研究動態(tài)。提出了本課題的研究目的與意義以及課題的主要研究內(nèi)容，開展了基于新 LOM 的優(yōu)化分層技術研究及系統(tǒng)開發(fā)。
本文驗證了基于貝賽爾曲線擬合曲率半徑計算方法，發(fā)現(xiàn)所提出的計算公式對擬合點的誤差很敏感，通過案例計算證明方法計算的曲率半徑誤差過大，不能在優(yōu)化分層中使用。本文在數(shù)學推導和實踐基礎上提出弦長—夾角方法，解決了曲線曲率半徑的計算問題，為實現(xiàn)優(yōu)化分層提供了條件。案例計算表明新方法計算的曲率半徑誤差在10% 以下，其精度滿足優(yōu)化分層的要求。
本文采用面向對象的設計方法對切片過程進行了系統(tǒng)抽象，對切片中的對象進行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化分層系統(tǒng)的整體結構。本文以 AutoCAD提供的 STL 文件為數(shù)據(jù)模型，采用 VC++6.0和ACCESS 數(shù)據(jù)庫開發(fā)了優(yōu)化分層系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構清晰，擴充和維護都很方便。
本文最后以系統(tǒng)的計算實例總結了弦長—夾角方法的正確性，證明了優(yōu)化分層方法的可行性。

關鍵詞：快速原型制造，STL 數(shù)據(jù)模型，優(yōu)化分層，面向對象



ABSTRACT

Rapid Prototyping and Manufacturing technology has attracted much attention since appeared. It’s a slice/deposit technology. It slice 3D solid along a direction, obtained 2D outline data, after made all sliced plane deposit planes to deoxidize 3D solid. This technology integrated Mechanical Engineering, CAD, CNC, Laser technology, Computer technology and Material Science. It can fabricate 3D solid from CAD model directly and automatically. This technology saves tremendous developing time and has a deep impact on the manufacturing industry.
This paper first introduced RP/M and its development background. In this paper the objective and the value of the project are put forward, and the optimized slice process is studied.
This paper validated the former curvature radius formula, and found it was sensitive to their control points, with the example calculation the error of formula was proved too large to apply in optimized slicing system. After experiments, the Chord-Angle formula was put forward, it solved the problem of curvature radius calculating, established the basis of optimized slicing. Examples indicated the error less than 10%. The modeling precision and modeling efficiency are both improved by the optimized laminating method.
In this paper, laminating process was abstracted with Object Oriented Programming method, and the object of process was optimized, and the total structure of optimized laminating system was designed. The optimized laminating system is based on the STL data model provided by PRO/E, and was developed with VC++6.0 and ACCESS database. The system is clear and easy to extend and maintain.
In the last part the correction of Chord-Angle formula was test by example, and the feasibility of optimize laminating method was proved.


Key words： Rapid Prototyping and Manufacturing, STL data model, optimize slice, Object oriented


目 錄

摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1引 言 1
1.2 RP/M技術綜述 3
1.2.1 快速原型制作原理 3
1.2.2 RP/M技術的特點 4
1.2.3 主要的RP/M技術簡介 5
1.2.4 RP/M技術的應用概況 8
1.2.5 RP/M技術與相關學科的關系 9
1.3 新LOM技術研究的背景、發(fā)展和意義 11
1.3.1 新LOM技術研究的背景 11
1.3.2 新LOM技術研究發(fā)展 12
1.3.3 新LOM技術研究的意義 12
1.4 本課題的研究內(nèi)容 13
2 金屬功能零件的新LOM方法 14
2.1 傳統(tǒng)LOM方法 14
2.1.1 傳統(tǒng)LOM方法簡介 14
2.1.2 傳統(tǒng)LOM方法成形原理 14
2.2 金屬功能零件的快速制造及其存在的問題 15
2.2.1 LOM 精度問題 15
2.2.2 優(yōu)化分層 16
2.3 新LOM方法 17
2.3.1 截面理論輪廓線為直線 17
2.3.2 截面理論輪廓線為任意曲線 18
2.4 新LOM方法效率因素 18
2.4.1 斜切法效率分析 18
2.4.2 新LOM技術原理誤差及殘留加工量計算公式 19
2.4.3 分層精度和效率公式 19
3 優(yōu)化分層技術及其實現(xiàn)方法 20
3.1 CAD模型STL化 20
3.2 STL文件格式 20
3.3 基于STL模型幾何連續(xù)性的分層處理 21
3.4 新LOM優(yōu)化分層技術 23
3.4.1 優(yōu)化分層技術概述 23
3.4.2 新LOM優(yōu)化分層思想 23
3.5 基于STL數(shù)據(jù)的弦長-夾角計算方法 23
3.6 采用弦長—夾角曲率半徑計算方法的新LOM優(yōu)化分層準則 25
4 基于新LOM的STL模型優(yōu)化分層算法及流程 26
4.1 STL模型分層處理的基本過程 26
4.2 STL 模型分層處理的基本算法 26
4.2.1 分層平面與 STL 模型求交的基本算法 26
4.2.2 截面輪廓線的生成算法 27
4.3 實體曲面分層輪廓線處理流程 27
4.3.1 三角形面片與分層平面的相互位置關系 27
4.3.2 三角形與分層平面的交線計算 29
4.3.3 實體分層輪廓線段的處理算法 32
4.4 新LOM方法的分層處理算法 34
4.4.1 造型曲面CAD模型的切平面和法線 34
4.4.2 造型曲面CAD模型的 Z向法截線及其曲率 35
4.5 基于新LOM優(yōu)化分層算法處理及流程 39
5 基于新 LOM 的優(yōu)化分層軟件系統(tǒng)設計 41
5.1 面向對象設計方法 41
5.2 分層處理技術方案 41
5.3 新LOM優(yōu)化分..