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《西安理工大学》 2006年
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自由曲面体设计及其快速成型理论与应用研究

张叶飞  
【摘要】: 随着市场竞争的日益激烈,产品的生产周期和价格已成为决定企业兴衰的重要因素,因而提高劳动生产率、降低生产成本的技术和方法,是每个企业最为关注的问题。快速成型技术以其能够快速地制造具有复杂形状的产品样件,缩短产品开发周期的优点,受到了现代企业的普遍重视。基于上述背景,本文在分析熔融沉积成型工艺的特点、原理以及影响成型结果的因素的基础上,指出了曲面重构和分层方向在FDM成型工艺中对提高生产效率、降低生产成本所起到的重要作用,并提出了建立面向FDM快速成型的软件系统的思路,通过两方面工作来达到提高生产率、降低成本的目的:一方面对曲面重构的方法进行改进,利用型值点代替控制点进行计算,减少了计算步骤,提高了重构效率;另一方面对零件的分层方向进行研究,重点探讨确定支撑材料的使用量最少的分层方向,以达到降低生产成本的目的。论文首先在NURBS曲面基础理论的基础上,分析了型值点和控制点对曲线曲面的不同作用以及它们的内在联系,对已有的曲面重构方法进行了比较和分析,提出了利用型值点来代替控制点进行曲面重构的方法,提取了曲面的相关特性参数,建立了曲面重构软件模块。 本着降低快速成型成本的目的,对零件的成型方法和支撑技术进行了分析,提出了利用CAD软件提取实体不同方位的最大轮廓、计算支撑材料体积,进而确定支撑材料使用量最少的分层方向的方法。在此基础上,利用Solidworks平台和VB语言开发了基于最大边界轮廓的分层方向优选计算模块,实现了对自由曲面造型物体自动确定最佳成型方向。 最后通过实例对本文所提出的方法进行了验证,证明了所建立的曲面重构模块和分层方向优选模块的可行性和对于提高快速成型效率、降低生产成本的实用价值。此外,将计算模块和三维软件相融合,为设计人员对模型造型和成型过程的掌控提供了有效的工具。
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