梯度功能材料零件CAD建模和熔積路徑規(guī)劃研究.pdf

1、功能梯度材料零件在航空航天、能源、機械等領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。等離子直接快速制造技術基于沉積生長制造原理，能按數(shù)字化設計，在制造過程中同時創(chuàng)成零件幾何形狀和漸變梯度的材料組織結構，在短流程無模制造梯度功能材料(FGM) 零件方面具有常規(guī)方法無法比擬的優(yōu)越性。為了實現(xiàn)FGM 零件幾何形狀和材質(zhì)的數(shù)字化并行設計和制造，必須研究梯度功能材料模型幾何信息和材料信息的統(tǒng)一表述方法，研究符合等離子直接快速制造FGM 零件技術的工藝規(guī)劃方法，

2、為FGM 零件數(shù)字化無模成形提供數(shù)據(jù)支持。 本文結合分層制造的原理，研究STL 實體模型的體素化方法，提出了一種基于分層切片原理的體素化算法，能夠有效地將STL 實體模型轉(zhuǎn)化為體素模型。通過最新的數(shù)字距離變化技術，快速準確地計算體素模型內(nèi)任意點到給定參考特征的距離。在獲得體素模型的基礎上，選擇零件的表面幾何特征作為材料分布參考特征，選取以到參考特征的距離為變量的材料組分分布函數(shù),對各個體素賦予材料組分值，建立物體的FGM－CAD模

3、型，有效地實現(xiàn)了梯度功能材料模型的幾何信息和內(nèi)部材料統(tǒng)一表述，為后續(xù)的工藝規(guī)劃提供了良好的FGM數(shù)字模型基礎。此外，研究了FGM-CAD模型的平面分層和路徑規(guī)劃方法，提出了同時考慮幾何形狀誤差和材料分布誤差的切片層厚確定方法，以及在考慮制造過程實際情況的基礎上，基于等材料成分線提取的平面層片內(nèi)路徑規(guī)劃方法。 本文還提出了一種新的基于等材料成分面提取的FGM模型曲面分層方法，并研究了基于截面線法和基于三角網(wǎng)格曲面參數(shù)化的曲面熔積路