直接自適應(yīng)切片在理想材料零件的CAD模型（IFMC）外文翻譯（中）

1 中國機械工程學報 18， 1， 2005 徐道明 鎮(zhèn)沅家 郭東明 重點實驗室精密和非傳統(tǒng)加工技術(shù)應(yīng)用教育部 ， 大連理工大學 ， 116024 中國大連。 直接自適應(yīng)切片在理想材料零件的 摘要：一個全新的直接自適應(yīng)分層的方法，可明顯提高零件精度和減少建立時間。班至少有兩個階段都包含在這個操作：得到的切削平面與固體部分和確定的層厚度的交叉輪廓。除了通常的 固體模型切片它的特殊要求，使橫截面的輪廓線段盡可能是其中之一 這是提高制造效率，通過自適應(yīng)地調(diào)整方向的一步， 在每個交叉點的步驟的大小來獲得優(yōu)化的咬合高度達到。層厚度的測定可分為兩個階段：基于幾何厚度和厚度估計基于驗證材料。前一階段的幾何公差過程分為兩個部分：各種曲線由圓弧近似，引入了第一部分，和 程的輪廓線之間的偏差和圓弧生成第二部分后一階段主要是驗證估計在前一階段的層的厚度和確定一個新的必要的話。 關(guān)鍵詞：快速原型 理想材料零件 直接自適應(yīng)切片 表面平面 交叉 行軍 0引言 理想材料零件（ 一種新型的材料組分為科學技術(shù)發(fā)展所需的類。 快速原型制造（ ）技術(shù)，或者叫 體無 模成形）技術(shù)，是制造的理想材料零件的基本技術(shù)。 它是基于的原理制造層的層。與傳統(tǒng)制造工藝相比，那些使用 技術(shù)目前是耗時的部分依賴，但 在處理具有寬范圍的形狀零件 具有 柔性 固體部分的切片是一種理想材料零件的基本步驟在制造過程。 闡述了 應(yīng)用于相關(guān)的階段， 如方向，支持生成，等。 目前，切片是主要處理無數(shù)的三角面片逼近的部分，那就是， 于其固有的缺點，這樣直接切片的部分模型更是成為一個活躍的研究都可以達到任何靈活的自適應(yīng)允許割線的高度。此外，也有兩種類型的分層策略：均勻分層 自適應(yīng)切片。與前者相比，后者能用較少的時間完成建設(shè)較高的表面精度。 2 . 論一個準確的切片程序 在此基礎(chǔ)上， 人，進一步描述了一種更一般的切片過程中的 W. . 自適應(yīng)切片孵化戰(zhàn)略選擇。 一種新的方法，稱為局部自適應(yīng)切片技術(shù)進行了簡要的介紹了賈斯廷 。 一種自適應(yīng)分層方法在二語習得過程西方公司旗下，三富。 人擴展他們的早期作品，說裁判。 2,3自適應(yīng)的 另一個全新的直接自適應(yīng)分層策略提出了由至少兩個階段：得到的交叉輪廓和確定層的厚度。前者主要是處理得到的斷面輪廓線段盡可能根據(jù)固體部分的幾何特征，后者試圖確定切片層由輪廓在第一階段的基礎(chǔ)上獲得的幾何特性和材料設(shè)置綜合分析的厚度。兩者交替進行直至切層在預(yù)方向到達的最后部分定義的取向。 1跟蹤沿交叉曲線 一般來說，在 型的表面是由平面，圓錐曲線和曲面。 切割零件的實體模型的切割平面問題，事實上，一個 面平面交叉口）從幾何問題，這可以被視為一個特殊的情況下（ 面求交問題。 析法和數(shù)值方法（主要是推進基于或細分算法）。此外，基于微分幾何原理的算法是近年來迅速發(fā)展起來的。 平面交叉口之間 和一個參數(shù)的表面可以被視為一個擴展 和特殊情況下的交叉參數(shù)化的表面和表面之間。 行進中的基礎(chǔ)算法計算一個切割平面與一個理想材料零件的 型的參數(shù)曲面求交的輪廓，其中一個突出的特點是允許充分利用咬合高度。 讓 代表一條直線，在 表面附近的點線，是本線和 我們（ U， V）表示一個曲面的參數(shù)變量 u和 個迭代過程可以進行，得到一個真正的交叉點，以滿足表達 擴大這種表達，我們可以得到 3 牛頓迭代法求解這組方程 假設(shè) 可以得到以下方程 讓 T = 0的函數(shù) T），對應(yīng)點的 我們（ U， V）被認為是最接近的表面上的點，即， 雙值（ U， V）的變量對初始值（ U， V）表達的（ U， V）。 毫無疑問，迭代過 程將持續(xù)到下 是滿意的，其中 是一個預(yù)先設(shè)定的允許誤差，和作為一個結(jié)果，真正的交叉點 假定曲率點的 i。那里的步進方向和步長的初步評估是根據(jù)曲率 在這種情況下，割線的高度不能滿足要求的優(yōu)化步驟，中間值定理和線 4 性插值的方法將聯(lián)合應(yīng)用，得到優(yōu)化的步進方向和步長。方向的一步，對于點月的大?。ㄒ妶D。 1） 是由方程 4決定 其中一個是切向量之間的夾角，在點 即，估計步長方向；我是估計 的步長； I 圓半徑； 圖 1 選擇下一步 化的步驟 實際的交叉點的部分的表面的步驟是在 而，這并不意味著得到滿足預(yù)先設(shè)定的要求和咬合高度進行優(yōu)化。優(yōu)化的步驟的標準可以是多種多樣的。在本文中，我們將有咬合高度 H H H ，其中 H 為許用割線高度設(shè)定值。 讓 1對應(yīng)，這是小于 H ，而 H對應(yīng)的夾角銀。我們可以構(gòu)建一個變小時，即功能， = F（ H）。擴大，我們 5 根據(jù)表面的連續(xù)性假設(shè)和中值定理，我們可以通過線性插值的方法獲得估計的如 步長可以計算由方程（ 4）與 這個周期將被重復直到咬合高度滿足優(yōu)化咬合高度要求。 2 階梯效應(yīng)和遏制的問題 兩個主要因素影響幾何計算的基礎(chǔ)層的厚度和表面加工精度是階梯效應(yīng)和遏制的問題。換句話說，基于幾何層厚度的允許的牙尖高度主要取決與切片平面在一定高度的原始 型的表面形狀。 （ 1） 階梯效應(yīng)是由 的特點而形成的。它是由物理參數(shù)表示：牙尖高度，如圖 2所示。 6 圖 2 階梯效應(yīng)和遏制風格 （ 2） 安全問題是指包含關(guān)系的部分原始 是通過平面的輪廓的討論，在算法中沉積的策略表示，如圖 2所示。 讓 M 的形成過程。 它可以從圖的情況下看到（一）正公差和案例（ B）是負公差而案例（ c）和（ d）混合公差。 3 基于幾何 層厚度估計 對某些層 的層厚度的確定算法的粗糙的流程圖如圖所示，最大層的厚度是由特定的 7 圖 3 層厚度的確定算法流程圖 幾何基礎(chǔ)層厚度計算在任何點上的輪廓線的切片平面是馬的最低層的厚度對切片輪廓各點的基礎(chǔ)上。 通常，一個逃離曲線由圓弧和直線近似可以被視為一個圓的曲率為零。因此我們可以集中我們的討論在圓弧誤差分析對切片平面的層位于同一縱截面的兩個點作為一個自由曲線或圓弧的終點。 差準則 在某點 的誤差準則被定義為偏離所建立的輪廓線的層在 正常的曲線在某點上下分層平面。一般說來，誤差值是通過允許尖高度代表。 8 偏差的一個綜合性的概念，一般可以分為兩個部分：（ 1）的圓弧曲線或直線，逼近誤差說 。從該層的輪廓線，圓弧的錯誤，說 。從而，允許的牙尖高度，說 ，由用戶，可以全面的價值。它們之間的關(guān)系如下圖所示 差分析 原來的曲線和逼近圓弧之間的誤差是由 ，作為顯示在圖 4A。假設(shè)在兩個端點曲率， 2，正常曲線 2。因此，對圓弧 從中心點曲線 第三季度，沿垂直方向的線段 高度誤差之間的正常曲線 1有圓弧割線 = | 。 在特殊情況下，例如，正常曲線 弧的曲率為零的 =0。 差 錯誤的定義是 是相對于 復雜一點：一是圓弧的謊言在一季度的圓，如圖 4b；另一個是圓弧跨越一個四分之一圓，位于半圈， 在 圖 4們將分別在下面討論 。 簽署了包括交叉曲線 與取向方向兩端點的切矢角可以得到，如 4c。簽署產(chǎn)品積極結(jié)果是相應(yīng)的案例（ B）而相反的是相應(yīng)的案例（ C）和（ D） （ 1） 在一個單一的象限圓弧 圓弧半徑 圖。基于平面幾何，我們有 這 9 （ 2）圓弧過象限 在 圖 4c，圓弧是在用過量的沉積策略的凸函數(shù)。 假設(shè)在 們 。 在圖 4d,圓弧是缺乏沉積策略的凸函數(shù)。 (a)圓弧逼近自由曲線 （ b)在一個單一的 象限圓弧過度沉積 （ c）在圓弧過象限過量沉積 （ d）對電弧在一個象限缺乏沉積 圖 4 逼近誤差和偏差 假設(shè)在 4大于一點 我們有 。 在這種情況下，電弧是在一個缺乏或過量沉積策略具有相同的處理方法如上所述的情況下 圖 10 誤和層厚度 如果當前層厚度不能滿足牙尖高度的要求，降低層的厚度進行估計的一種新的周期。在本文中。當前層厚度的 n = 100和價值的 在某一層的厚度估計將被視為在該層的厚度估計過程的下一點的當前層厚度的初始值。 4 基于材料 層厚度的檢驗 目的驗證的材料是檢查是否當前層厚度符合要求，材料制造，如果當前沒有獲得一個新的層厚度值。具體而言，一個隨機選擇的空間點上的可用區(qū)域低的切片平面某一種物質(zhì)的區(qū)域是用來驗證當前層的厚度，而這個過程的初始值是由材料的區(qū)域的幾何形狀確定如第 3節(jié)所提到的材料屬性；如果當前層厚度不符合材料的要求，該層的厚度逐漸減小直至滿足要求；得到的層的厚度在這一點上，然后作為下一次驗證過程的初始值；這個周 期將持續(xù)到一個預(yù)先設(shè)定的總數(shù) 在本文中，驗證過程主要集中在功能梯度材料（功能梯度材料）。 要在取向方向接近的材料的體積百分比曲線圓弧的方法不同于使用第 3節(jié)中的方法。在材料區(qū)域的某些材料的體積百分比可以被視為在取向方向的高度的函數(shù)。 ， F（ 把材料的第一優(yōu)先為例。從某一點上下分層 1， 延長距離當前層的厚度，我們在高度 22一點 料的體積百分比 3點 3的中間點，分別說在高度 23。 結(jié)合三體積 百分比， 3，我們可以從點七的距離與當前層厚度沿導向軸構(gòu)造一個近似圓弧的體積百分比曲線，如圖 5所示。 11 （ a） 圓弧是單調(diào)的 （ b）圓弧是非單調(diào) 圖 5 逼近圓弧曲線的材料 讓圓弧的中心是（ 如果（ x（ o） 0，圓弧的定義為5A 條相應(yīng)的單調(diào)而相反的是定義為非單調(diào)對應(yīng)圖 5b。每種情況都有不同的解決方式。 差 的 分析 一個必要但不充分的條件下，本文提出驗證當前層厚度。三 個主要因素，材料變異性的界限，材料分辨率在逼近圓弧的端點的材料的體積百分比，主要考慮。 在圖 5， 代表材料的體積百分比， 備可以存放在實踐中較低的切平面的層達到一定高度取向軸。在圖 5A 的情況下，下面的關(guān)系需要進行測試，驗證層厚度 代表這個 材料分辨率。 這個方程的一個充要條件。實際上，它可以簡化驗證層厚度。從式（ 10），我們有 如圖 5b，這些變量測試的關(guān)系 12 或者 在 同樣，我們有 由式表示的條件。（ 11）和（ 13）是必要但不充分的條件下，可方便地應(yīng)用于驗證層的厚度。在這兩個方程，考慮三個主要因素。 不滿足這些條件，該層的厚度必須逐漸減少執(zhí)行另一個周期的驗證。 5 例 如圖所示，有一個自由曲面主要由兩個裁剪曲面的 0303協(xié)議如下。在正常的方向為 Y 軸相對的斜面（不繪制在圖 6）作為一個切割平面相交的表面。 圖 6 自由曲面在笛卡爾 坐標系統(tǒng) 13 有兩種主要的誤差與切削過程一致的表面上的點對點線距誤差和誤差咬合高度相關(guān)的線段相交的曲線逼近。這兩個錯誤分別是 0 三種不同的算法結(jié)果的比較見表 中算法的 法 2表示二進制搜索法和分半步的方向； 3代表算法自適應(yīng)方法，根據(jù)中值定理和線性插值相結(jié)合的方法旋轉(zhuǎn)角的變化。 從表 1，它是已知的兩個算法，算法 2我很難獲得更好的結(jié)果。 3使用線性插值算法具有更好的綜合效果比算法 1和 2。 材料的設(shè)置屬性附加到了這部分內(nèi)容如下。 最低層厚度： 大層厚度： 0。 1毫米 材料認證面積密度： 0。 l 料沉積策略：多余的材料類型： 表面的公差： 內(nèi)部表面的公差： 材料下公差： 0毫米 材料上公差： 料分辨率： 第一優(yōu)先的成分的材料分布函數(shù) 14 其中 R 是遠處的一個空間點遠離方向軸， Z 是該點坐標分量；符號“ 味著“絕對值”。零件的 型的起源和材料性能的起源是一致的和定向的矢量是（ 0， 1， 0）在這個例子。 一部分連續(xù)的層厚度從 z = 15是在表 2中列出的向上的我（我 = 1， 2， .” 10），是第 i 層； 表的幾何特征估計層厚度； 表材料為基礎(chǔ)的驗證如上所述在層的厚度，這是