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2002年2月第25卷第2期重庆大学学报 (自然科学版)

JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.25 No.2Feb.2002

文章编号:1000-582X(2002)02-0004-04

基于新LOM原理的分层切片算法

易树平,林利红,范 兵,周六刚,艾 华

(重庆大学机械工程学院,重庆 400044)

摘 要:针对以金属板材为造型材料的分层快速制造方法中存在的问题,提出了新LOM方法,指出了新LOM方法对分层切片参数的要求,推导出相应的计算公式,实现了新LOM方法对造型实体CAD模型的分层处理。

关键词:分层实体制造;金属造型材料;功能零件;分层切片中图分类号:TH132 1 文献标识码:A

快速原型与制造技术(RapidPrototyingManufacturing,简称RP M)经过10多年的发展,在制造技术领域获得了重大突破。但现有的RP M技术主要以树脂、塑料、纸张、粉末烧结材料等作造型材料,一般仅适合制造原型零件或功能原型零件,不能直接快速制造功能零件。为直接快速制造金属零件,以金属为造型材料的功能零件的快速制造成为当今RP M技术的研究热点之一。

利用金属板材作造型材料的LOM是实现金属功

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能零件快速制造的有效方法。带川用0.2mm厚的两面涂覆低熔点合金的薄钢板,通过分层实体制造(LOM)方法快速制造金属零件

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对分层切片参数的要求,探索适应新LOM方法的分层切片算法。

1 新LOM原理及其对分层切片参数的要求

1.1 新LOM原理

为了降低现有LOM方法的原理加工误差和残留

加工量,作者提出了新的分层板切割工艺,即新LOM方法:沿分层板中点造型曲面的Z向法截线的切线切割分层板。通过分析影响新LOM方法原理加工误差的因素,提出了变分层厚度分层的优化准则:按曲面法线与分层平面的交角 和曲面的曲率半径r,在0.5mm,1.0mm,2.0mm中选择分层板的厚度。

1.2 新LOM方法对分层切片参数的要求

分层切片是用一系列平行于XOY坐标面的平面截取经过STL转换后的三维实体,将数据模型在Z方向离散,实现模型分层。

现有的分层切片算法,如胡德洲的基于STL模型的分层算法和STEP标准的几何模型直接分层处理算法

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;山崎则直接用0.5

mm厚的薄钢板作造型材料,采用LOM方法和螺栓加

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电弧焊连接分层板,快速制造汽车车体模具。

目前用金属板材作造型材料的LOM在技术上尚存在许多应解决的难题,其一是分层材料的堆积成形精度问题。显然,分层板厚度越薄,成形精度越高。现有商品化的LOM技术,一般以为纸张、树脂板等做造型材料,其分层板厚度仅为0.05~0.1mm。若采用如此薄的金属板做造型材料,则造型时间长,造型强度也得不到保证。

作者在文献[8-11]中提出以1.0mm数量级的金属板材作造型材料,采用新LOM方法,优化分层快速制造金属零件。通过精度分析,表明该技术方案与0.1mm数量级厚的造型材料比较原理误差相同或更低。

本文进一步研究新LOM方法,明确新LOM方法

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、刘斌的基于STL文件的实时切片算法和基于

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CSG实体数据模型的直接切片算法、刘爱林等的

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STL文件的容错切片算法等都不能满足新LOM方法的要求:不能解决优化分层问题,不能计算出切片轮廓线任意位置处的曲面特征参数。

根据新LOM方法的要求,切片算法除求出造型曲面的CAD模型与分层平面的封闭相交曲线外,还应求出相交曲线处造型曲面的曲面特征,即相交曲线任意

收稿日期:2001 11 20

基金项目:国家自然科学基金(59875088)和重庆市应用基础项目研究(2000-6062)资助项目

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