第5章 快速成型的数据处理.pptVIP

三维面片模型就是用小三角面片去逼近自由曲面。STL文件就是对CAD实体模型或曲面模型进行表面三角形网络化得到的。 STL是一种用许多空间三角形小平面来逼近原CAD实体的数据模型，这种文件格式是将CAD表面离散化为三角形面片。不同精度时有不同的三角形网格划分。STI 文件中每个三角形面片有4个数据项表示，即三角形的3个顶点坐标和三角形面片的外法线矢量，STL文件是多个三角形面片的集合，数据结构非常简单，而且与CAD系统无关。 STL文件只是无序地列出构成实体表面的所有三角形的几何信息，不包含任何三角形之间的拓扑邻接信息。然而，在许多基于STL的应用系统中，建立三角面片之间的拓扑关系是十分必要的。 STL文件格式优点： 1）数据格式简单，分层处理方便，与具体CAD系统无关。 2）与原CAD模型的近似度高。 3）具有三维几何信息，模型用三角面片表示，三角面片可直接作为有限元分析的网格。 4）为几乎所有的RP设备所接受，已成为行业公认的RP数据转换标准。 缺点： 1）只是三维模型的近似描述，造成一定的精度损失 2）不含CAD拓扑关系 3）文件含有大量的冗余数据 4）模型易产生重叠面、孔洞、法向量和交叉面等错误和缺陷 5）必须经过分层处理 6）欲提高模型精度，需重新生成模型。 与STL文件相比，缺点： 1）不宜添加支撑 2）零件无法重新定位、无法旋转 3）对设计者要求更高，因为加支撑、选择最优的成型方向均要在分层之前在CAD系统内有设计者完成。 4）分层厚度固定，这对某些RP系统不太合适。 STL文件是三维实体模型经过三角网络化处理之后得到的数据文件，它将实体表面离散化成大量的三角形面片，依靠这些三角形面片来逼近理想的三维实体模型。逼近的精度通常由曲面到三角形平面的距离误差或是曲面到三角形边的弦高差控制。 误差越小，所需的三角形面片数量越多，形成的三维实体就越趋近于理想实体的形状。但精度的提高会使STL文件变大，同时分层处理的时间将显著增加，有时截面的轮廓会产生许多小直线段，不利于轮廓的扫描运动，导致表面不光滑且成型效率降低。 所以，从CAD软件输出STL文件时，选取的精度指标和控制参数应根据CAD模型的复杂程度以及快速成型精度要求的高低进行综合考虑。 STL文件出现的许多问题往往来源于CAD模型中存在的一些问题，对于一些较大的问题，如空洞、多面片丢失、较大的体自交，最好返回CAD系统处理。对一些较小的问题可采用快速成型数据处理软件提供的自动修复功能，不用回到CAD系统重新输出，这样可节约时间，提高工作效率。 这里重点介绍比利时Materialise N.V.公司开发的Magics软件，它能提供对STL文件强大的编辑、修复功能。下面介绍其对STL文件的编辑和处理过程。 RP工艺能加工任意复杂形状的零件，但层层堆积的特点决定了原型在成型过程中必须具有支撑，RP工艺中所用的支撑相当于传统加工中的夹具，起固定原型的作用。 有些成型工艺中的支撑是生产过程中自然产生的，如分层实体制造LOM中切碎的纸、三维打印3DP中为粘接的粉末、选择性激光烧结SLS中未烧结的材料都可以成为后续层的支撑。 而对于熔融堆积成型FDM和光固化成型SLA必须由人工加支撑或通过软件自动加支撑，否则会出现悬空而发生塌陷或变形，影响零件原型的成型精度，甚至使零件不能成型。 支撑按其作用不同分为基地支撑和对零件原型的支撑。它的作用主要有： 1）便于零件从工作台上取出 2）保证预成型的零件原型处于水平位置，消除工作台的平面度误差所引起的误差。 3）有利于减小或消除翘曲变形。 添加支撑的方法有手工和软件自动添加两种，手工添加法因质量难保证、工艺规划时间长和不灵活，应用很少。 添加支撑应考虑： 1）支撑的强度和稳定性 2）支撑的加工时间 3）支撑的可去除性 1）支撑的强度和稳定性 支撑是为原型提供支撑和定位的辅助结构，良好的支撑必须保证足够的强度和稳定性，使得自身和它上面的原型不会变形或偏移，提高零件原型的精度和质量。 2）支撑的加工时间 支撑加工必然要消耗一定加工时间，在满足支撑作用时，要求加工时间越短越好，在满足强度条件下，支撑应尽可能小，支撑扫描间距可加大，从而减少支撑成型时间。 现在很多FDM成型机采用双喷头成型机，一个喷头用来加工实体材料，一个喷头用来加工实体材料，使实体材料和实体材料采用不同材料。不仅可以节省加工时间，而且可以便于支撑材料的去除 3）支撑的可去除性 当原型制造完成后，需将支撑和本体分开。原型和支撑粘接过牢固，不但不易去除，而且会降低原型的表面质量，甚至在去除时会破坏原型。 支撑与原型结合部分越小，越容易去除。故两者结合部位应尽可能小。在不发生翘曲变形的条件下可将结合部分设计成锯齿形方便去除。 现在FDM工艺采用水溶性支撑材料，