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基于cAD模型分层数据实现快速成型制造的研究’ 陆左艺王树新 韩晓兰刘又午 天津大学机械学院机电教研室300072 快速成型制造软件主要包括实体造型、实体切割分层和图形数据转换。实体造型与图 形数据转换已经较为成熟，而实体切割分层是关系到RPM方法有效性及加工精度的核心 内容。目前，实体表面三角化模型(即STL文件格式)是较为常用的一种切片分层处理方 法，国际上功能较强的CAD软件都配有相应接口，可实现这一功能。但是，基于表面三 角化的切片分层存在一定的缺点。在分析表面三角化方法的缺点基础上，本文采用CAD 模型直接切片分层方法实现快速成型制造。 1表面三角化方法 目前大部分快速成型制造系统在数据处理上采用如下方式，即先对CAD实体模型进 行表面网格化处理用三角形面片来逼近模型表面，转换成STL文件，STL文件格式最初是 件存储的是三角形面片的顶点坐标及该三角形的法向矢量n。由于STL文件格式与CAD 系统无关，所以很快成为了快速成型制造中CAD系统与快速成型机之间的不成文的数据 交换标准。 CAD模型三角化后．生成三维多面体模型，然后再对三维多面体模型进行实体分层。 用一系列平行于xy平面，在z方向有一定间距的平面来切割多面体模型，生成分层信息， 分层的边界轮廓是由许多小线段组成，根据分层信息，生成NC代码，控制快速成型系统 进行轮廓扫描及填充扫描．每一次固化一层。 但这种数据处理与转换中主要存在以下几个缺点…： (1)表面网格化处理降低了制件精度 雕刻面模型．则在一定程度上降低了模型精度。经三角化处理后，所有平面和曲面都变成 多面体模型，使模型的形状和尺寸精度都降低。当一个雕刻面与快速成型系统制造方向成 一定角度时，给定偏差不再是切片的最大误差．而实际误差是给定误差的好几倍。这样在 分层后处理及NC后处理时已经在失真数据的基础上进行．必然影响制件形状和尺寸精度。 +天津市自然科学基金项目(项目号：963604111) 309 (2)STL文件数据量太，数据高度冗余 STL文件存储的是三角形面片的信息，即其顶点坐标及外法向矢量．对N个三角形的 公共顶点，必须记录N次，而在多面体模型中大部分顶点都是多个三角形的公共顶点．这 势必造成很大的数据冗余。另外，每个三角形的外法向矢量都必须记录，没有考虑相邻三 角形的相关性，这样迸一步加大了数据冗余量，需要很大的存储单元。 有时，为了提高制件精度，必须采用更细小的三角形面片，使STL文件数据量增大， 同时分层处理的时间也会更长。网格细化到一定程度会引起失真。因为三角形的边或多边 很小时，分层软件会将其看成一条直线来处理，这就是所谓的三角形失真现象，无限细化 网格并不能使模型精度进一步提高。 iI 2直接切片分层法 由上所述可知，为克服网格化处理所带来的一系列问题。只有宜接将CAD模型数据 用于快速成型制造。即采用直接切片分层法。直接切片分层法就是直接对实体的CAD模 J●●|{●■■■■■●lI 型进行分析，根据其竖直法截两轮廓的变化情况来确定某一高度位踅上的分层厚度，而后 用～平行于XOY的平面直接剖切CAD模型以获得成型制造所需的截面信息，再对分层信 息进行NC后处理，生成控制成形机运动的数控代码。 这种方法的突出优点有：(I)避免了因三角化所引起的失真现象：(