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1、华中科技大学 硕士学位论文 新型光固化快速成形支撑自动生成技术研究 姓名：刘国承 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：张李超 20070529 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 光固化快速成形技术是世界上研究最早、精度最高、应用最广泛的一种快速成 形技术。光固化工艺支撑作为光固化快速成形的核心技术之一，对保障制件的顺利 完成具有重要意义。然而当前国内主要的工艺支撑生成算法的效率低下，特别是对 形状复杂模型和大面片数的 STL 模型生成支撑时，将耗费大量的计算时间，制约了 光固化快速成形系统的推广应用。此
2、外，对于具有悬吊特征的模型，传统的支撑结 构未能对悬吊特征面片提供支撑，导致制件的加工的失败。鉴于此，作者对如下两 方面进行了研究。 通过研究前人的支撑生成算法，找到影响算法效率的瓶颈因素，在此基础上提 出了基于离散标识法的快速支撑生成技术。详细阐述了离散标识法的原理、影响因 素、自适应性离散步长的确定准则，分析了离散标识法快速支撑生成技术的渐进时 间复杂度和空间复杂度。通过大量试验测试，并与国外著名快速成形软件在支撑生 成效率方面对比，综合评估了离散标识法对支撑生成的优越性。 针对悬吊特征面片，传统光固化支撑生成技术难以满足对支撑的工艺要求。为 此，提出并研究基于 STL 模型悬吊点和悬吊线
3、支撑生成技术。通过研究 STL 模型 的拓扑关系，总结悬吊点和悬吊线待支撑面片的几何特征，依据几何特征开发了相 应的面片提取算法。并设计了两种新型的支撑结构及其生成算法，为悬吊点和悬吊 线提供支撑。此外，通过大量试验验证了悬吊点和悬吊线待支撑面片提取的正确性 及其支撑结构的合理性，为制件的成功制作提供了新的保障。 关键词关键词：快速成形;光固化;支撑;离散标识;悬吊点;悬吊线 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Stereolithography technology which has the earlies
4、t history in the Rapid Prototyping (RP) is the highest accurate and most extensive application in the RP field. Stereolithography supports techniques as some of the core techniques have a good sense in confirming the success of the process. However, the current major domestic techniques of auto-supp
5、ort generation algorithms are inefficient, especially in generating supports for complex models and tremendous number of facets in STL models which waste lots of calculating time and result in the delay of promotion and application of stereolithography system. In addition, as for the models with ove
6、rhang features, the traditional models cant afford supports for them which lead to the failure of processing the parts. Therefore, the author has done some research from these following two aspects. Through researching traditional auto-support generation algorithms, the bottleneck factors which infl
7、uence the efficiency of support generation algorithms have been found. The author puts forward a new auto-support generation algorithm based on discrete-marking method. This paper specifically demonstrates the discrete-marking principle, factors and the identified rule of self-adaptability discrete
8、step criteria, and it also analyses the asymptotic time complexity and space complexity in auto-support generation algorithm based on discrete-marking method. On the base of testing as well as comparison in support generation efficiency of the famous rapid prototyping software abroad, this paper com
9、prehensively evaluates the superiority of discrete-marking method for the auto-support generation algorithm. As the overhang features facets, the traditional auto-support generation algorithm fail to generate supports for them, so this paper tries to supply the support generation techniques based on
10、 researching the overhang points and overhang lines of STL models. In studying the Topology relation in STL models, the geometrical features of support 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III needed facets with overhang points and overhang lines have been summarized. The algorithms are d
11、esigned in order to draw the facets with overhang features according to the geometrical features. Two new support structures and their generation algorithms which give basis to the overhang points and overhang lines have been contrived. Furthermore, through lots of tests the accuracy of drawing the
12、support needed facets with the overhang points and overhang lines and reasonableness of the support structures have been verified, which provide the new guarantee for the successful completion of parts. Key words: Rapid Prototyping; Stereolithography; Support; Discrete-marking; Overhang points; Over
13、hang lines 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论
14、文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 光固化快速成形技术光固化快速成形技术 光固化快速成形(Stereolithography Apparatus，简称 SLA)是公认的精度最高的快 速成形方法，它具有制作效率高，材料利用率接近 100%的优点，能成形形
15、状特别 复杂（如空心零件） 、特别精细的零件1,2。从世界快速成形技术市场的发展和变化 来看， SLA 所占的市场份额也最大。 其中截止到 1997 年， SLA 的市场占有率 69.4%， 截止到 2000 年 SL 的市场占有率是各种 RP 设备销售量总和的一半左右。SLA 技术 在 RP 领域中牢牢地占据主导地位3。 目前，研究 SLA 技术的有美国 3D Systems 公司、德国的 EOS 公司、以色列的 F float y; ; 标识边 标识内部区域 图 2.8 边标志算法示意图 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21 typedef struct CCell CPoint2f LeftTop; /网格的左上点 Cpoint2f RightBottom; /网格的右下点 Bool bIn; /是否属于三角形边及区域内 ; 综上所述，可以得到边标志算法的伪程序如下： 三角形定义 tridef; void edge_mark () 对三角形 tridef 每条边进行直线扫描转换； inside=FALSE; for (每条与三角形 tri 相交的扫描线 y) 待标识位置 A0； 待标识位置 B0； for (扫描线上每个网格 x)
