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《华中科技大学》 2005年
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熔丝沉积成形填充路径优化及其软件研究

李伟  
【摘要】:熔丝沉积(Fused Deposition Modeling ,FDM)快速成型是快速成型技术中一种典型的成型方法,熔丝沉积快速成型法涉及到机械、数控、高分子材料和计算机等技术。FDM 设备不需要使用激光器,具有成本低的优点,适应国内企业现状,因此,研究和开发熔丝沉积快速成型设备具有重要的意义。 历经两年的开发和研究,华中科技大学快速制造中心FDM 快速成型设备的总体构架已经基本确立,但仍不完善。为了解决这个问题,在研制快速成型(Rapid Prototyping,RP)系列设备的基础上,根据FDM 系统具体的制造工艺特点,采用先进编程技术,完善FDM 系统制造软件,并运用该软件进行实验与调试工作。完善后的制造软件拥有强大的分层制造功能,提供友好的用户界面,并能实时反馈制造信息。 在研究过程中,主要进行以下几个方面的工作:采用二分查找的方法融合动态数组的概念,完成了制造过程中实时读取填充路径的数据文件; 以多线程和双缓冲的机制为思路,使用队列顺序存储结构,实现了制造过程中上层控制软件对下层发送指令; 设计在非窗口模式下的定时器,并使用了顺序存储队列实时查询并显示加工状态; 以“货郎问题”为解决思路,根据FDM 的填充路径构造哈密尔顿图,采用相对距离优化法和逐步选点法,实现熔丝挤出快速成型系统的填充路径优化。 使用制造模块对FDM 系统进行加工调试,调试表明此模块能够很好的制造产品,整个FDM 系统的机械装置的运动精度和喷头设计结构能够满足加工需求,FDM 软件系统路径扫描符合设计需求。采用优化算法优化后的路径空行程距离减少,系统加工产品的效率提高。
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