功能梯度材料零件可視化及其快速成型路徑生成方法研究.pdf

1、功能梯度材料概念（Functionally Graded Materials，簡稱FGM）于1987年由日本科技廳提出，該種材料在零件內部按照一定的分布函數(shù)呈梯度狀分布，使得該零件在力學等性能上也呈梯度變化。傳統(tǒng)的基于物理或化學的功能梯度材料制造方法存在如下缺點：只能制備形狀結構簡單的功能梯度材料塊體或材料環(huán)；不能制造嵌入器件零件；制備功能梯度材料時不能實現(xiàn)各材料組分相在一定范圍內的精確控制，不能正確反映設計者的意圖，從而影響材料性能發(fā)

2、揮?；陔x散/堆積原理的快速成型（Rapid Prototyping，RP）技術為功能梯度材料零件的制備提供了一種可能手段，并且能在制備材料的同時制造零件。在目前的快速成型領域，一方面，商業(yè)化的功能梯度材料成型機并不存在，一些商業(yè)上的CAD軟件尚不具備表示功能梯度材料實體零件材料屬性的能力；另一方面，許多特殊的應用場合對快速成型技術卻提出了更高的要求。本文以快速成形技術為背景，針對復雜零件功能梯度材料模型的CAD表達方法、切片和路徑生成

3、方法行了深入理論分析和研究，設計并開發(fā)一款STL模型到FGM模型表達可視化和路徑生成的軟件系統(tǒng)，為基于RP的功能梯度材料零件制造提供技術基礎。
　　本研究主要內容包括：⑴建立無冗余數(shù)據(jù)的STL模型頂點、半邊和面之間的拓撲關系，提出了STL(StereoLithography)文件各類錯誤及缺陷的診斷及修復算法；提出基于半邊曲率的Loop模式的自適應曲面細分算法，在整體上用較少的三面片準確的表示模型，以保證STL模型曲面精度。⑵系統(tǒng)

4、研究了網格模型體素化方法，提出并實現(xiàn)了基于四叉樹的Ray-Casting體素化CAD模型的方法，分析了基于數(shù)字距離變換計算從體素到參考特征距離的方法。⑶提出基于物體空間的FGM模型可視化路線，分析了FGM切片層厚對幾何切片誤差和材料切片誤差的影響，給出了基于體素模型的功能梯度材料零件切片算法。⑷研究了基于FGM模型的等材料等值線路徑生成方法，提出了一種多區(qū)域輪廓的曲線偏置算法。設計了一款兼FGM模型可視化、切片和路徑規(guī)劃為一體的FGM-