激光烧结快速成型件的精度分析

一、前言

快速成型技术是20世纪80年代后期发展起来的一项高新技术[1]。它不仅在制造原理上与传统方法全然不同,更重要的是在目前制造策略以市场响应速度为第一的方针状况下,可以缩短市场开发周期,降低开发成本,提高企业的竞争力。

快速成型技术具有以下优点:(1)技术集成度高,整个生产过程数字化；(2)制造成本与产品的复杂程度无关；(3)产品的单价几乎与批量无关；(4)绿色的加工技术。以累加思想实现零件制作的快速成型技术是制造技术领域的一项重大突破,其理论、工艺的完善以及精度的提高等,对快速成型技术的普及和应用有着极其重要的影响。

成型加工过程中,必须保证一定的制作精度和表面质量,影响制件精度的因素是多方面的[2]。对成型加工精度的影响因素及改进措施的研究,对快速成型技术的发展和普及应用具有重要的意义[3,4]。本文试验所采用的快速成型设备是AFS快速成型机。

二、数据处理误差

2.1格式转换误差

CAD模型的STL格式转换即是用三角形面片逼近实际模型表面,转换为所谓的事实上的标准文件格式。STL文件的精度等级不同,所产生的转换误差也不同。STL文件的精度是指用STL格式拟合最大允许误差。实际上,如果原几何模型完全由直边组成,则STL格式拟合绝对准确,没有任何误差；否则,存在拟合误差。例如同一个圆分别使用4个及6个三角形的STL格式表示,如图1所示。

由此可见,精度要求越高,三角形面片的数目越多,它所表示的模型与实际模型就越逼近,但与此同时,STL文件数据量也将剧增,加大了后续数据处理的运算量。另外,三角形面片也会随精度提高而变小,在模型的细节部位会出现大量极为细小的三角形面片,增大数据处理的难度。而且在数据处理过程中常常产生致命的错误。因此,较好的方法是根据工艺条件和制件的精度要求选择适当的STL格式精度。

2.1分层切片误差

将CAD模型进行STL转换后,接着便要对其进行分层处理。分层是用一簇平行平面沿某一设定方向与STL模型求截交线得到轮廓信息。以半径为的球体为例,如图2a所示,从中截出特定的一段,设其STL格式为图2b所示,这时其顶面和底面是距球心高度分别为h1、h2的两个圆,设其半径分别r1、r2。

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