增材制造技術(shù)是將材料逐層熔敷累加來制造實(shí)體零件的一種近凈成形制造技術(shù)。增材制造的基本思想是對(duì)三維物體進(jìn)行分層制造,在增材制造過程中,使用傳統(tǒng)的平面分層在堆敷曲率較大的零件時(shí),會(huì)出現(xiàn)表面階梯效應(yīng)大、層數(shù)多、堆敷效率低、起弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)多,成形質(zhì)量不好等問題。采用曲面分層可以顯著改善這些問題。曲面分層與平面分層相比,具有表面成形好、堆敷層數(shù)少、堆敷效率高等優(yōu)勢(shì)。但曲面分層算法相比平面分層算法也更復(fù)雜,存在很多問題,如曲面的表達(dá),曲面如何沿著法向平移,平移后可能出現(xiàn)曲面自相交,或曲面不連續(xù)等情況。本文針對(duì)STL模型提出了一種基于平移控制點(diǎn)思想的曲面分層算法,較好的解決了上述問題,最終實(shí)現(xiàn)了曲面分層。首先研究了曲面分層算法,提出了曲面的延展、曲面平移、空間大量三角片快速求交等算法。并使用上述算法,基于MFC與OpenGL開源圖形庫(kù)API,開發(fā)了具有曲面分層、路徑規(guī)劃、機(jī)器人加工文件生成等功能的增材制造軟件。分析了中軸路徑的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步研究了兩種中軸求解算法:適用于凸多邊形的精準(zhǔn)解析算法,適用于凹多邊形或者其它復(fù)雜圖形的數(shù)值解算法,并開發(fā)了相關(guān)中軸路徑規(guī)劃軟件。通過正交試驗(yàn)的方法,研究不同的參數(shù)包括熔覆電流,熔覆電壓,熔覆速度,熔覆曲率對(duì)于實(shí)際曲線熔覆道成形形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)影響曲線熔覆效果的因素主次順序?yàn)?熔覆電壓熔覆電流熔覆速度�？疾爝@四種因素在各自的三種水平上的變化得出成形質(zhì)量最佳的的條件為:選擇熔覆電流為150A,熔覆電壓為22V,熔覆速度為6mm的實(shí)驗(yàn)條件,這種情況下曲線熔覆的成形質(zhì)量最好。最后利用上述的曲面分層軟件及機(jī)器人增材制造系統(tǒng),選擇扇形結(jié)構(gòu)件作為堆敷對(duì)象,驗(yàn)證了相關(guān)算法及軟件的適用性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242;TH16
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文一方面，傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法多采用平行路徑、等距偏置路徑等法成熟、編程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但其表面成形差。等距偏置路徑線向模型內(nèi)部偏移一定距離得到的，其表面成形較好，但輪廓中。對(duì)于如圖 1-3 所示，有中空的、不規(guī)則形狀的、有凹陷的多邊形貌，采用平行路徑和等距偏置路徑規(guī)劃方法效果不理想。需要徑規(guī)劃方法解決這一問題。中軸路徑是從切片輪廓的中心向外部偏移形成的路徑，具有中心表面階梯效應(yīng)少的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)很好的選擇。

路徑算法成熟、編程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但其表面成形差。等距偏置路徑是從切片輪廓線向模型內(nèi)部偏移一定距離得到的，其表面成形較好，但輪廓中心成形質(zhì)量差。對(duì)于如圖 1-3 所示，有中空的、不規(guī)則形狀的、有凹陷的多邊形等復(fù)雜分層形貌，采用平行路徑和等距偏置路徑規(guī)劃方法效果不理想。需要開發(fā)專門的路徑規(guī)劃方法解決這一問題。而中軸路徑是從切片輪廓的中心向外部偏移形成的路徑，具有中心成形質(zhì)量好，表面階梯效應(yīng)少的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)很好的選擇。圖 1-1 平面分層示意圖[1]

中空的、不規(guī)則形狀的、有凹陷的復(fù)雜圖形

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