基于Pro/E的陶瓷快速成型机整机结构设计及三维模型切片软件的开发

摘要

快速成型技术是基于离散、分层堆积成形原理的一项全新的制造技术。目前陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和发展方向之一。
　　 以陕西科技大学同信技术研究所提出的层合速凝成型陶瓷零件技术为基础，结合层合实体成型和熔融堆积成型的特点，以雕刻机为原型进行了陶瓷快速成型机整体结构及零件的设计。充分考虑到陶瓷快速成型机的总体布局要求，最后确定其布局如下：横梁固定，工作台实现相对运动，机头在横梁上运动(X向)，实现加工宽度；工作台在底座上运动（Y向），实现加工长度；主轴组件及工作台各自上下运动(Z向)，实现加工深度。各传动链中传动件均采用滚珠丝杠副。步进电动机通过联轴器和滚珠丝杠副连接，保证运动的传递平稳，结构紧凑。各传动链中支承件均采用滚动直线导轨副。
　　 在采用Pro/ENGINEER Wildfire4.0开发整机完毕后，利用Workbench对其中的重要零部件进行了力学分析和模态分析，证明了整机结构设计的合理性。设计的陶瓷快速成型机既具有三维雕刻机的功能和特点，而且工作台可进行Z轴方向的运动，以实现自动敷料功能。该项目设计目标是生产成本较低，结构简单，合理可靠，易于维护，预期能为中小用户提供一种选择。
　　 获得高质量和高精度的数据已经成为当前快速成型领域中研究的重要课题之一。人们希望通过根据零件的几何特征自动调整合适的分层厚度，以及直接利用CAD模型进行分层处理等方法，来解决这些问题。
　　 Pro/TOOLKIT是PTC公司为Pro/E定制的开发工具包，它提供了应用程序接口(API)，使客户或第三方厂商具有扩展Pro/E功能的能力。采用Pro/TOOLKIT编写的程序可实现与Pro/E的无缝连接，而且功能丰富，自由性较强，故成为Pro/E二次开发的首选。
　　 Pro/TOOLKIT应用程序有同步模式和异步模式两种工作模式。异步模式是指无需启动Pro/E即可运行应用程序，但其代码复杂、执行速度慢，因此不采用该模式。同步模式又分为动态连接模式和多进程模式，由于动态连接模式运行速度较快，故采用此模式进行开发。
　　 利用Pro/E二次开发工具Pro/TOOLKIT，在VisualStudio2008中使用VC++语言编写了可运行于Pro/E环境的动态链接库文件。在用户根据消息提示输入分层切片厚度后通过调用Pro/TOOLKIT相关函数实现了对三维模型进行直接切片的功能，同时利用自定义切片类和标准模板库对每层切片三维轮廓数据的记录，实现了NC代码文件的生成。