异质异构功能件成形填充算法与路径规划研究

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异质异构功能件是指由不同材质、不同结构构成,具有特定功能的零件,适合航空航天、电子信息对抗和军事等领域对于零部件轻量化和多功能性的要求。异质异构功能件传统制造方法为机电分离,存在工艺复杂、复杂结构成形困难等问题,而一体化喷射成形技术可实现支撑防护结构和功能系统同步喷射与固化成形,不但易于实现复杂结构成形,还可简化制造工艺。然而,如何提高成形精度和成形效率是亟需解决的问题,为此,本文研究高精度、高效率的三维打印模型处理方法。首先,针对台阶效应所产生的误差大的问题,结合阵列喷头结构,提出了一种基于区间扫描的模型最优填充方法,通过实时计算边界倾角建立了大小点补偿模型,有效的提高了边界精度,仿真结果表明:整体模型打印填充率可达99%以上,相对于未补偿前可提高1.18%的模型填充率。其次,针对曲面模型打印误差大,速度慢的问题,提出了基于多目标优化的曲面模型分块打印法,设计了基于离散网格曲面的局部曲率最小与边界连接最短的分块路径规划算法,以实现分块连接边界最短为目标减小曲面拼接处台阶效应对于成形效果的影响,仿真结果表明:分块后的曲面模型运动路径重合率达到了 98%,曲面模型路径规划方法相对于传统的方法减小了 71.6%的边界连接长度,同时在保证连接块边界精度的前提下最大化利用喷头结构并减少了其往复运动路径。再次,开发了曲面切片模型处理与打印路径规划软件系统,设计了模型数据预处理方法,实现了三维模型到运动控制指令与打印控制指令的转换,利用软件进行了虚拟化填充,结果表明方案合理,算法正确。最后,分别采用平面模型与曲面模型进行喷射实验,最终打印成形异质异构功能件,结果表明,本文所提出的模型填充方法相对于传统方法尺寸精度提高了 64%,验证了曲面模型路径规划方法相对于传统的方法减小了 71.6%的边界连接长度所带来误差的减小,有效的提高了打印精度,成形样件满足精度要求。
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