【摘要】：增材制造(Additive Manufacturing,AM)俗稱3D打印,其分層疊加的成型原理與傳統(tǒng)減材制造方法有著重大差異。鑒于減材制造存在的弊端,如不適合單個(gè)工件生產(chǎn)、無(wú)法加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件等,同時(shí)也伴隨著社會(huì)各行各業(yè)個(gè)性化需求的增加,增材制造技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。增材制造技術(shù)省去了模具開發(fā)的過(guò)程,縮短了單個(gè)制件從設(shè)計(jì)到成型的整個(gè)周期,也突破了復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)加工過(guò)程的限制。本文主要針對(duì)在增材制造成型過(guò)程中產(chǎn)生重要影響的成型方向以及支撐結(jié)構(gòu)問(wèn)題展開研究。成型方向會(huì)影響模型的表面質(zhì)量、成型速度以及支撐量,但上述三個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)往往不能在同一成型方向下達(dá)到最優(yōu),所以模型成型方向的選擇問(wèn)題須同時(shí)考慮實(shí)際需求、模型特征等諸多因素,尋求滿足要求的較優(yōu)解。本文將上述三個(gè)成型方向評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)量化為模型體積誤差、成型時(shí)間以及支撐體體積,并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,最后運(yùn)用MATLAB以及遺傳算法對(duì)成型方向進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化求解,以驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。同一成型方向下,不同結(jié)構(gòu)的支撐對(duì)成型過(guò)程產(chǎn)生的影響不同,尤其對(duì)成型速度影響較大。本文從兼顧支撐穩(wěn)定性以及成型速度的角度出發(fā)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,詳細(xì)介紹了懸垂面、懸垂邊、懸垂點(diǎn)的概念以及提取算法,重點(diǎn)對(duì)模型中大量存在的懸垂面進(jìn)行研究。從支撐臨界角的概念入手,提出了一種基于材料自支撐性的錐形支撐結(jié)構(gòu)生成算法,對(duì)待支撐三角形面片依次生成錐形支撐,并對(duì)支撐體交叉的問(wèn)題給出了解決方法。對(duì)算法中所涉及的基礎(chǔ)支撐點(diǎn)、基礎(chǔ)支撐體、支撐點(diǎn)可行域等新概念進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并給出了詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程,最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該算法的可行性。綜合考慮表面質(zhì)量、成型速度以及支撐量,運(yùn)用NSGA-Ⅱ以及線性加權(quán)方法對(duì)成型方向進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解,并為優(yōu)化程序編寫了界面以方便用戶使用。最后,運(yùn)用本文所設(shè)計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)參與NSGA-Ⅱ的優(yōu)化求解過(guò)程,運(yùn)算結(jié)果表明,在成型方向的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題中運(yùn)用該支撐結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)支撐量因素的解耦。
【圖文】：

光化樹脂 燒結(jié)粉末 噴粘接劑 噴熔融性材料三維實(shí)體去除支撐圖 1-1 增材制造流程1.1.2 增材制造模型成型方向概述模型成型方向的優(yōu)化選擇問(wèn)題一直是阻礙增材制造提高加工能力與成型質(zhì)量的技術(shù)瓶頸之一，成型方向的選擇關(guān)系到模型表面質(zhì)量、成型速度以及支撐量。如圖 1-2 所示，恰當(dāng)?shù)倪x擇成型方向（Z1，Z2，Z3）可以降低模型表面階梯效應(yīng)，提高模型表面質(zhì)量；如圖 1-3 所示，成型方向的恰當(dāng)選取會(huì)減小待支撐區(qū)域面積以及支撐體積。此外，成型方向通過(guò)影響模型切片以及支撐生成進(jìn)而影響成型速度。因此，常用上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)模型成型方向的優(yōu)劣。

圖 1-3 成型方向?qū)χ蔚挠绊懩壳敖^大多數(shù)情況下成型方向的選擇主要依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師人為判如圖 1-3 所示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的三維模型，，只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的觀察便可得到較優(yōu)的。但是，即便長(zhǎng)期從事該項(xiàng)工作的工程師在面對(duì)復(fù)雜模型時(shí)選擇出的成型也并不理想。如圖 1-4 所示鴕鳥頭骨模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，很難人為判斷最向。因此，方便、準(zhǔn)確地確定出考慮了各個(gè)成型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的較優(yōu)成型方向領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH16;TP391.73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2652143