【摘要】：3D打印(3D Printing)是制造技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合的快速成型技術(shù)。金屬快速成型是3D打印技術(shù)中最具有發(fā)展和應(yīng)用潛力的技術(shù),已引起國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]。相比于國(guó)內(nèi)外通常采用的激光、電子束等高能量密度的金屬快速成型加工設(shè)備,金屬堆焊快速成型加工的成型件致密度高,組織結(jié)構(gòu)具有良好的各向同性,在模具和快速制造領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。為了高效加工出更高要求的回轉(zhuǎn)類,圓弧及其復(fù)雜的曲面類零件,結(jié)合本課題開發(fā)的基于極坐標(biāo)的金屬堆焊快速成型設(shè)備的特點(diǎn)和工藝需求,通過理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,提出了合理有效的金屬堆焊快速成型的路徑規(guī)劃算法,以下為論文重點(diǎn)開展的工作:本文首先介紹了快速成型技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)分析了數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀,結(jié)合現(xiàn)有的基于極坐標(biāo)模式下的金屬堆焊成型平臺(tái)特點(diǎn)與工藝需求,對(duì)快速成型的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和功能模塊設(shè)計(jì)。其次,實(shí)現(xiàn)了STL數(shù)據(jù)的處理,結(jié)合OpenGL技術(shù),實(shí)現(xiàn)了加工模型的三維在線顯示、縮放、旋轉(zhuǎn)等功能。并根據(jù)三維顯示模型輪廓曲率的變化特點(diǎn),提出模型的自適應(yīng)分層切片算法,通過分析分層截面三角面片的法矢量值得出合理的分層加工厚度,有助于提高加工效率和加工精度。通過優(yōu)化分層面片的提取算法,實(shí)現(xiàn)了模型的快速分層,節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間。通過分析極坐標(biāo)模式下堆焊快速成型焊接質(zhì)量缺陷,針對(duì)焊接過程中產(chǎn)生的焊接表面不平整、咬邊等焊接質(zhì)量缺陷,由分層提取的輪廓數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)有的焊接設(shè)備特點(diǎn),設(shè)計(jì)出適合極坐標(biāo)模式下的堆焊成型路徑堆積軌跡。對(duì)于薄壁零件采用基于輪廓的偏置掃描算法。對(duì)于非薄壁復(fù)雜曲面零件,結(jié)合極坐標(biāo)設(shè)備加工特點(diǎn),提出了分區(qū)域的圓弧連續(xù)性掃描算法。在開發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了路徑軌跡的顯示與路徑軌跡數(shù)據(jù)的提取。最后,運(yùn)用基于Delphi7.0的面向?qū)ο蠹砷_發(fā)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理開發(fā)軟件模型的數(shù)據(jù)提取、三維模型的顯示、分層數(shù)據(jù)處理,軌跡規(guī)劃等功能。最后,通過對(duì)系統(tǒng)的設(shè)定調(diào)試,在PT運(yùn)動(dòng)模式下開展了實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn),獲得了合理的焊接參數(shù),以及焊縫搭接量。并以此為基礎(chǔ),進(jìn)行了路徑規(guī)劃堆焊實(shí)驗(yàn),獲得良好焊接質(zhì)量零件模型,驗(yàn)證了提出的成型軌跡的合理性。
[Abstract]:3D Printing is a rapid prototyping technology which combines manufacturing technology with information technology. Rapid prototyping of metals is the most promising technology in 3D printing technology, which has attracted wide attention of experts and scholars at home and abroad [1]. Compared with the high energy density metal rapid prototyping equipments, such as laser, electron beam and so on, metal hardfacing rapid prototyping has high density and good isotropy. It has great application prospect in the field of mould and rapid manufacturing. In order to produce more demanding parts of rotary type, circular arc and its complex curved surface, combining with the characteristics and technological requirements of the metal surfacing welding rapid prototyping equipment based on polar coordinates developed in this paper, the theoretical analysis and experimental study are carried out. A reasonable and effective path planning algorithm for rapid prototyping of metal surfacing is proposed. The following is the main work of this paper: firstly, the rapid prototyping technology and its research status at home and abroad are introduced. The research status of data processing technology is analyzed emphatically. According to the characteristics and process requirements of metal surfacing forming platform based on polar coordinate mode, the structure and function modules of data processing software system for rapid prototyping are designed. Secondly, the processing of STL data is realized, and the functions of 3D online display, zoom and rotation of machining model are realized with OpenGL technology. According to the characteristic of 3D displaying the contour curvature of the model, the adaptive slicing algorithm of the model is proposed. The normal vector of the delamination section is worth the reasonable delamination thickness by analyzing the normal vector of the delamination section. It is helpful to improve machining efficiency and precision. The fast delamination of the model is realized by optimizing the extraction algorithm of the delamination surface, and the data storage space is saved. By analyzing the welding quality defects of rapid prototyping in polar coordinate mode, aiming at the welding quality defects such as uneven surface and edge cutting produced during welding, the contour data extracted by layers is combined with the characteristics of existing welding equipment. The stacking path of surfacing welding is designed for polar coordinate mode. The contour-based offset scanning algorithm is used for thin-walled parts. According to the machining characteristics of polar coordinate equipment, a continuous arc scanning algorithm is proposed for non-thin-walled complex curved surface parts. The display of path trajectory and the extraction of path track data are realized in the development environment. Finally, the functions of data extraction, display of 3D model, hierarchical data processing, trajectory planning and so on are realized by using the object-oriented integrated development environment based on Delphi7.0. Finally, by setting up and debugging the system, the experiments are carried out in PT mode, and the reasonable welding parameters and the weld lap amount are obtained. On this basis, path planning surfacing experiments are carried out to obtain a good welding quality part model, which verifies the rationality of the proposed trajectory.
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG455

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本文編號(hào)：2410011