光固化成形中stl模型的自动镂空算法研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要光固化成形是研究最早，成形精度最高的一种应用广泛的快速成形技术。随着光固化技术的发展，其设备能够加工的零件尺寸越来越大，相应的增加了零件加工的原材料消耗和机器加工时间。针对光固化成形的特点，对零件镂空之后再加工，可以大大地减少零件加工时间和原材料消耗，从而降低零件的加工成本。而STL文件格式是快速成形领域通用的数据接口格式，于是对STL模型进行镂空成了加工镂空零件模型的先决条件，因此本文展开了针对STL模型自动镂空算法的研究。本文在前人STL模型镂空算法的基础上，提出了一种基于体素表达

2、与空间偏移法的镂空算法。首先该算法采用沿用小立方体体素离散化三维STL模型，但采用字节位取代字节表示体素，减少体素数据的存储空间。然后采用空间偏移法剔除三角面片圆柱区域的体素，剩余体素即是镂空体的内腔。与前人的剔除体素方法相比，空间偏移法计算量很小，因此加快了剔除体素的运算速度。最后针对光固化快速成形的特点，在算法中为镂空模型内部添加框架支撑，直接分别对模型和内腔体素切片，生成镂空零件的工艺加工路径，对体素切片轮廓进行光顺化处理，消除了体素引起的阶梯效应，提高了镂空零件的壁厚均匀性，并且避免了输出三角面片数目巨大

3、的STL镂空模型。本文最后采用该算法实现了光固化成形工艺软件PowerRPSLA的镂空功能模块，将该算法成功的应用于光固化快速成形系统。该算法可以对任意复杂形状的STL三维模型进行快速，正确的镂空。通过对算法的时间复杂度和空间复杂度分析，论证了算法具有良好的运算性能。通过对镂空零件加工过程的分析与实际加工实验数据结果对比，证明了加工镂空后的零件模型，确实提高了昂贵的光敏树脂材料的利用率，减少了零件的加工时间和机器损耗，节约了零件的加工成本。关键词:快速成形;光固化成形;STL模型;镂空;体素表达;空间偏移I华中科

4、技大学硕士学位论文AbstractStereolithography(SL)hasbeenresearchedearliestinRapidPrototyping(RP)domain,whichcangeneratepartswithhighaccuracyandhasbeenwidelyused.WiththedevelopmentofSL,SLdevicenowcanproduceverylargedimensionparts.Thelargerthepartis,themorerawandprocessed

5、materialsandmachiningprocesstimewillbeconsumed.BytheresearchresultoftheSLprocesscharacteristic,theSLdevicecanprocesshollowpartinsteadofsolidpart.Thisprocesscanreducetheconsumptionofexpensivephotosensitiveresinandtheprocessingtime.Thepopular3Dmodelformatfilein

6、RPdomainisSTLfileandhollowingtheSTLmodelisthepreconditionofprocessingthehollowpart,sothealgorithmofautomatichollowingSTLmodelisresearchedinthisthesis.Afterstudythemeritsanddemeritsofthepredecessors’workofautomatichollowingalgorithms,thisthesispresentanimprove

7、dalgorithmforhollowingSTLmodelbasedonvexelrepresentationandspaceoffsettingalgorithms.ThealgorithmstillusevexelsexpresstheSTLmodel,butuse“bit”insteadof“byte”tostorethevexels,sothevexels’storagespaceisreduced.Spaceoffsettingmethodisusedtofindandremoveallthedisc

8、retevexelsroundthemodelsurface,theleftvexelsmakeupofthehollowbodyofthemodel.Thismethodisverysimpleandfasterthanothermethod.CombinedtheprocessingcharacteristicofSLsystem,thealgorithmautoma