面向效率的光固化快速成型技术研究

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近年来,快速成型技术的出现推动了传统制造行业的变革,已成为国内外众多高校和企业的研究热点。光固化快速成型技术作为出现最早、技术最成熟、应用最广的快速成型技术,人们对其工艺、材料和应用方面已进行了相对充分的研究。相比而言其效率的研究还较为薄弱,因此,本文针对光固化快速成型效率问题进行了相关研究。首先,本文根据光固化快速成型的工艺过程,从前期数据预处理开始直至零件制作后期处理过程,分析了光固化快速成型一个制作周期内生产加工过程效率的影响因素。其中,通过数学建模详细分析了激光器的功率和激光器的扫描速度对光敏树脂固化效率的影响,得到了针对光敏树脂理论固化效率最高的激光器功速匹配公式。其次,本文对光固化快速成型中的成型方向影响因素进行数学建模,建立了成型方向的三个优化目标。其中,采用成型方向上的分层数目代替成型方向上的零件高度表示成型时间目标,更为贴近真实情况。利用NSGA-Ⅱ遗传算法对该多目标问题进行了优化,得到了较为满意的成型方向以及与该方向匹配的最大分层厚度,从而提高了成型效率。然后,本文针对自适应分层算法进行了研究。在分层算法方面,以层间局部拓扑信息代替整体拓扑信息,减少了内存消耗,提高了运算效率。在自适应规则方面,建立了一种以固定体积误差率为标准的自适应分层算法。该算法对模型形状发生突变的地方敏感,切片情况能较好反应零件的真实轮廓,有效降低了零件的分层数目,提高了成型效率。最后,本文分析了光固化快速成型的应用场合,建立了一种针对小批量多零件生产场合的成型效率优化方法。分析了影响多零件生产效率的影响因素,并结合聚类分析的方法,改善了多零件生产中零件选取组合排版问题,在一定程度上提高了多零件光固化快速成型的生产效率。本文通过成型方向优化选择、自适应分层切片、多零件光固化快速成型的零件优化选取及排版提高光固化快速成型的效率,为今后光固化快速成型效率的研究打下了一定基础。
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