提高快速成型技术中数据处理过程精度的研究综述.pdf

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1、第5期机械设计与制造2010年5月MachineryDesign&Manufacture215文章编号：1001—3997(2010)05—0215—03提高快速成型技术中数据处理过程精度的研究综述术王瑞泽张冬云鹿望左铁钏(北京工业大学激光工程研究院，北京100124)ReviewofaccuracyenhancementinthedataprocessingofRPWANGRui-ze，ZHANGDong-yun，LUKun，ZUOTie-chuan(InstituteofLaserEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100

2、124，China)i【摘要】分析了快速成型技术中数据处理过程出现的台阶效应、STL逼近误差的来源及其对快速l成型制造的影响，并就减小这些误差的国内外研究现状进行介绍、分析和讨论。5关键字：快速成型；数据处理；台阶效应；STL格式i【Abstract】／tanalyzesthesourceandinfluenceofthestaircaseeffectandSTLapproximationerroriniltheatdtatoraelperocmessiengerofr0rrapidpMroetotyping．Andyes口summaryandappraisementontheresea

3、rchstatus．1Keywords：Rapidprototyping；Dataprocessing；Staircaseefect；STL中图分类号：TH16~：～G99文献标识码：A的一种原理性误差，是影响快速成型表面质量和精度的一个主要1引言因素。台阶效应的影响可以用“尖峰高度(cuspheight)”来量化表快速成型技术(RapidProtot)rbig，RP)是由CAD模型直接驱示，所谓尖峰高度是指台阶底部到模型表面(STL斜面)的最大动，快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术lll。快速成型技距离(图1中6)，如图1所示，中可以看到8~tcos0，因此，当层厚术的出现赋予了

4、装备制造业快速响应、无模制造和加工信息远程传递制造的新特点，引发了装备制造方法的重大变革。经过2O固定后，尖峰高度的大小只与模型的形状有关，那么对整个制件来说，所有尖峰高度的大小是不均匀、不可控的。余年的发展，快速成型技术从原来的SLA技术先后发展出SLS、LOM、FDM、3DP、LENS等多种成型工艺，并在机械制造、航空航天、军事、医学、考古、艺术以及建筑等领域得到一定程度的应用。目前，快速成型技术面临的一个主要的问题就是表面质量不高，其制件必须经过打磨、抛光等后处理工艺才能满足工业应用的要求。表面质量问题限制了快速成型技术快速性的优势，在一定程度上制约了快速成型技术的发展。图1台阶效

5、应和尖峰高度影响快速成型制件表面质量和尺寸精度因素包括数据处理台阶效应引起的另一个问题是分层过程中容易造成模型的精度、设备精度、材料和工艺。其中设备精度包括成型元素(光束直形状改变以及局部特征遗失。如图2所示，对比左右两侧，在房檐径、熔滴直径等)的作用范围、激光器、工作台等部件的机械运动精处由于局部的尺寸不能被层厚所整除，产生了高度误差；在锐角度和层准备精度等，这部分的精度是由快速成型系统硬件设施决定处模型的长度缩短，角度越小相差的越多。另外，模型中的扁平的，要保证这部分的精度，需要不断的优化调整设备参数，使其处面、小特征等局部特征也因尺寸小于层厚而遗失。于最佳状态；材料和工艺因素包括材

6、料的收缩和热变形、扫描路径和支撑设计、刀具补偿以及后处理工艺等。这部分最主要的问题是材料的收缩和热变形，是由材料本身性质以及工艺中各个工序共同决定的，减小这部分误差首先要优化工艺和工序使温度场和应力场均匀分布，其次要根据实际情况对误差进行补偿_2J4l。为提商陕速成型数据处理的精度、提高制件的表面质量，国内外学者进行了大量的研究。本文主要就如何解决“传统”快速成型数据处理技术中出现的台阶效应和STL逼近误差问题的研究图2台阶效应引起的形状改变和特征遗失现状进行介绍并展开一定的分析和讨论。台阶效应还会带来模型体积的改变，模型分层后，其尖峰高2数据处理误差度可能在CAD模型的内部，分层后的体

7、积小于CAD模型，即产2．1台阶效应生负误差；相反，尖峰高度可能在CAD模型的外部，分层后的体台阶效应是由快速成型技术“离散一堆积”的核心思想所引起积大于CAD模型，即产生正误差。一般情况下，在制作工业产品★来稿日期：2009—07—11-h,基金项目：国家重点基础973项目资助(2006CB605206)216王瑞泽等：提高快速成型技术中数据处理过程精度的研究综述第5期时，为了保证一定的加工余量，人们希望得到正误差，如图3(b)所