熔融沉积快速成型支撑算法设计及试验研究

摘要

熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling，FDM）是以热熔材料为原材料的分层堆积成型的增材制造技术。熔融沉积快速成型凭借制造成本低、速度快等优势在许多领域发挥着越来越重要的作用。熔融沉积成型技术由许多关键技术组成，支撑算法是其中必不可少的一环。本文提出了一种基于轮廓信息的自适应支撑算法，对支撑结构的添加位置和形状进行了优化设计。 首先，本文介绍了针对数字模型的切片分层算法。该算法得到的轮廓数据可以作为自适应支撑算法的数据基础。本文提出的切片分层算法结合现有切片分层算法的优点，先对面片进行分组处理，再在特定分组中求得面片之间的邻接关系。邻接关系的建立加快了求取轮廓数据的过程。在获得模型轮廓数据点后，对切片分层算法的运行效果进行仿真验证。 其次，本文提出了自适应支撑算法。自适应支撑算法使用熔丝宽度值重新划分轮廓点间距，使用熔丝的安全悬空距离值作为待支撑点的判断依据，使用支撑柱稳定存在条件作为支撑柱的生成依据。以试验获取的上述三个参数值（熔丝宽度、安全悬空距离和支撑柱稳定存在条件）作为自适应支撑算法的判断参数，使得选取的待支撑区域和生成的支撑结构更为准确可靠。然后对自适应支撑算法每个部分的实现细节展开进一步阐述，并对自适应支撑算法的运行效果进行仿真验证。 最后，以自主设计制造的FDM设备作为试验装置，试验得到了自适应支撑算法使用的三个参数的实际值。试验验证自适应支撑算法的可行性，并通过试验数据比较自适应支撑算法与其他主流支撑算法处理效果的优劣。

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