異質多材料零件快速成型關鍵技術研究.pdf

1、增材制造（Additive Manufacturing，簡稱AM），也稱之為添加式快速成型，是一種基于層片數(shù)據(jù)的逐層制造技術。自AM誕生以來，該領域的研究主要集中于單材料零件的快速成型技術。近年來，為滿足工業(yè)產(chǎn)品日益增加的復雜性要求和市場全球化所需要的柔性和高效性要求，多材料增材制造（Multiple Material Additive Manufacturing，簡稱MMAM）技術得到迅速發(fā)展，并成為學者們爭相研究的熱點。MMAM技術

2、可以成型具有復雜材料屬性和幾何屬性的零件以及更多功能的實體零件，例如，功能梯度材料零件（Functionally Graded Materials，F(xiàn)GM）、復合材料零件（Composite material，CM）及二者材料組合的零件等。MMAM技術可以實現(xiàn)同一層切片上加工不同類型的材料組分進而達到提高產(chǎn)品性能的要求，這是傳統(tǒng)的制造工藝幾乎不能完成的。
　　本文以異質多材料零件快速成型及其關鍵技術為研究出發(fā)點，提出并實現(xiàn)了應用于

3、多材料零件快速成型的若干算法，主要的研究工作和成果如下：
　　(1)研究了粗糙STL(StereoLithography)模型細分算法，提出一種新的STL文件模型拓撲信息結構，應用 Hermite空間曲線插值理論對STL三維網(wǎng)格模型進行細分，細分后的三角形面片數(shù)目呈4n增長，可以迅速提高給定STL模型的表面精度；
　　(2)提出了一種新的STL模型切片輪廓快速重構算法，該算法具有高效性，能自動識別材料區(qū)域內外輪廓，已應用于本

4、文所提出的STL模型全局切片算法中；實驗結果以及算法效率分析對比表明：該算法顯著提高了STL模型的切片輪廓重構速度及其切片速度；
　　(3)提出了一種面向制造的基于實體材料映射索引的異質多材料實體零件表示方法，可以有效表示實體的幾何屬性和材料屬性；為實現(xiàn)異質多材料實體零件表示方法，提出了一種材料區(qū)域重構算法，并對該算法進行了優(yōu)化，提出了一種加速算法，算法結果對比表明：加速算法可以起到明顯的加速效果；同時，結合上述異質多材料實體零件

5、表示方法，提出了一種多材料添加式制造數(shù)據(jù)格式（MMAMF），并就該數(shù)據(jù)格式給出了詳細的說明；
　　(4)提出了一種多維功能梯度材料零件非規(guī)則離散算法，并將其與現(xiàn)有的技術進行了對比實驗；在此基礎上，提供了離散單元在多維材料梯度變化下的材料屬性計算方法，并將計算結果賦予給離散單元實現(xiàn)了異質多材料實體可視化。
　　(5)研究了多類復合材料零件快速成型方法，為避免多噴嘴間發(fā)生碰撞，給出了合理的噴嘴路徑規(guī)劃方法，給出一維、二維功能梯度