OpenGL在增材制造数据处理系统中的应用研究

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1、数字化制造技术航窄科技雨点实验室OpenGL在增材制造数据处理系统中的应用研究冯妙婷1’2，孟月梅1’2，司守钰1’2(1．中航工业北京航空制造工程研究所，北京100(]24；2．数字化制造技术航空科技重点实验室，北京1()0024)【摘要]介绍了增材制造技术，分析了OpenGL的基本原理，论述了OpenGL在增材制造数据处理系统的图形显示与操作、几何交互操作功能等方面的实现方法，并在电子束熔丝成形数据处理系统中进行了应用验证。利用OpenGL图形库，使数据处理系统的准确性、实用性和交互性得到了提

2、高：关键词：OpenGL；增材制造；数据处理；图形显示；轮廓线修改DOI：10．16080／j．issnl67l-833x．2016．13／24．071冯妙婷工学硕士．毕业于北京航空航天大学．中航工业北京航空制造工程研究所工程师，主要研究方向有数字化制造、计算机辅助智能制造等。增材制造技术是将计算机的图形处理、数字化信息以及控制、机电技术和材料技术等多项高技术的优势集于一体的新技术，主要分为喷射成形、光敏聚合物同化成形、材料挤出成形、激光粉末烧结成形等。利用此技术制造的聚合物非金属零件和高性能复杂

3、结构金属零件正在航空航天、国防和其他高端rT程领域获得广泛应用。以目前普遍应用的激光粉末烧结制造T艺为例，先将CAD系统中构建的i维模型按一定高度进行切割，即对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓，并生成各层激光烧结路径，计算机据此信息控制激光束有选择性地烧结一层接一层的粉末材料，形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，在烧结过程中聚合、粘结使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具iiI。增材制造数据处理系统概况数据处理系统是增材制造的重要组成部分之一，三维模型的分层切片及加工路

4、径的生成是系统的重要组成部分，这些功能对于加T效率、加工质量具有决定性影响。国内外此类软件多种多样。国外有美国SolidConcept公司的SolidView、POGO公司的STLManger、比利时Materialise公司的Magics等。国内有清华大学的LARK数据处理系统、华中科技大学的HRPS软件等。其中以比利时Materialise公司开发的Magics软件最为杰I叶I，该软件提供了模型修复、分层、路径规划和支撑生成等功能。但这些软件系统仍存在一些问题，比如价格昂贵、二次开发难，在分层

5、处理、路径规划方面可操作性不强，没有提供层片轮廓、加T路径的局部修改功能等。在工艺试验阶段，可能需同时对不同T艺参数值、不同分层厚度、不同加T路径规划方法进行试验，也可能对部分数据进行适当调整，以便于成形结果的比较，快速获取更加合理的工艺方法。另外，对于一些增材制造方法，如电子束熔丝成形T艺，其加T路径行距较大，加T路径分布的疏密程度直接关系到零件最终的成形质量。针对此类1二艺，其层片轮廓、加T路径的局部修改就成为数据处理系统2016年第23／24期·航窄制造技术7l里必不可少的操作工具。由此可以

6、看出，为缩短工艺试验时间，提高增材制造零件质量，针对层片轮廓、加工路径等几何的局部修改就显得尤为重要。增材制造数据处理系统的制造数据生成主要过程如图l所示。系统通常针对STL格式的零件模型进行处理。该类格式的文件用三角网格来表达i维CAD模型。由CAD系统设计零件模型，并生成STL格式文件；数据处理系统读取STL零件模型，通过建立模型拓扑结构、分层处理、区域划分、路径规划等功能模块，生成增材制造所需的加]二路径文件，最终输出设备所需的加工程序文件。在数据处理过程中，会产成一系列的中间数据文件，包括

7、层片轮廓、区域轮廓和加工路径等，每一类数据描述信息不同，且数据量非常大。为了用户能够方便、直观地了解各类数据的构成、形状、位置关系等，需要有图形接口支持不同种类数据的显示与操作。因此，图形的显示与操作是数据处理系统中不可或缺的重要组成部分。增材制造数据处理系统的总体结构如图2所示，针对不同数据类型需提供相应的几何显示及操作功能。OPenGL(OPenGraPhicsLibrary，开放性图形库)具有强大的图形显示与处理功能，是以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个开放式三维图形库。OpenGL独

8、立于硬件设备、窗口系统和操作系统，可移植性高，主要提供了各类几何显示、光照处理、视图变换、拾取操作等功能，已经在军事、航天、医学等领域得到了广泛的应用121。OpenGL图形工具所具备的特性与功能，能够完全满足增材制造数据处理系统中对于不同类型数据的几何图形显示与局部修改操作工具的所有需求”l。因此，充分利用OpenGL所提供的工具与特性，可实现数据处理系统所需的各72航窄制造技术·2016年第23／24期项功能。数据处理系统中不同数据类型显示与操作的实现在增材制造数据处理系统中，