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STL 文件的分层处理 (slicing)
快速成型是基于离散 - 堆积成型原理的成型方法,无论是离散或者是堆积都与层片处理有关。离散时,先将CAD 实体模型分切成许多的层片,即分层或切片处理;堆积时,将分切的层片重组成实体模型。因此,快速成型又称为层片制造技术(Layered Manufacturing)。分层技术是快速成型技术的核心技术,要了解快速成型技术,必须对分层技术的基本原理有一定的掌握,本节会简单介绍分层技术的工作原理。
分层处理的目的主要是将复杂的三维形状分切成较简单的二维轮廓线(Contour),然后根据分切出来的二维轮廓线制成原型,而一般的分层厚度介乎0.05mm-0.3mm之间。下图为分层处理的其本原理。
分层的厚度对成型件的表面层有相当大的影响,犹其当分切大孤度的曲面时,影响会非常显着。虽然分层厚度巳经是0.1mm,但随着孤度渐渐加大,分层台阶(Staircase Error)的问题会愈来愈明显,而因这样原因所产生的缺陷于成型后会完全显现出来。事实上,这是基于成型时所产生的根本问题,是无可避免的。受着这样基本问题的影响,快速成型于Z 方向的误差比X 及Y 方向为高。为了改善分层台阶所带来的误差,市场上主要提出两大解决方案:
(一)自适应分层
因为分层所产生的差误可以说是无可避免的。降低分层厚度可以减少台阶效应的影响,但是分层厚度直接影响着加工郊率,而且各种快速成型方法的厚度都有一定的极限,因此依靠降低层厚来提高工件精度是有一定限制的。为了解决这矛盾,自适应分层因而出现,其概念是以不同的层厚对零件模型进行分层,层片的厚度随着零件的形状而变化,一般当零件表面曲率大时,层片采用较薄的层厚,以提高表面精度;而当零件表面曲率小时,则采用较大的层厚进行分层,以减少层片的数量,提高加工效率。自适应分层可以减少台阶效应,获得更理想的表面质量。
(二)曲面分层
一般的分层技术都是由Z 方向横向面作出分层,因此无法避免分层台阶的出现。以曲面作为分层切面,则可以改善分层台阶的问题。这样的分层方法是由清华大学于开发MEM 的时候所提出的,其概念为将本来采用的平面切割横切面改为因应模型所产生的曲面,因而避免了台阶的出现。但这样的分层方法,只适合用于MEM/FDM的成型系统,并且有很技术上的问题需要解决,譬如曲面的产生及其计算方法、硬件的配合等。
分层处理的基本原理
支撑结构 (Support)支撑是为原型提供支撑和定位的辅助结构,良好的支撑必须保证足够的强度和穏定性,于成型时不会引致变形和偏移。如果支撑强度不足,例如薄璧形或点状的

撑,由于贝截面的面积很小,支撑本身很容易发生变形,就不可能真正起到支撑作用,影响原型的精度和质量。
支撑的加工时间 – 在满足到支撑作用的情况下,加工的时间应愈短愈好,支撑结构应尽可能的小及幼,这样亦可以减少材料的应用。
支撑结构的可去除性 – 支撑是为顺利成型而附加在原型上的部分,当原型制成后,需要与原型分开。原型与支撑粘结过牢,不但不易去除,而且会降低原型的表面质量,甚至会破坏原型;支撑与原型之间的结合部份愈少,愈容易去除。因此必须选用合适的成型系数建立支撑结构。
各种成型系统都会使用不同的材料作成支撑,SLA 系统和DMLS 系统都是使用本身的成型材料作为支撑材料,建型时是直接与零件相连,因此必须使用工具才能将其去除。但FDM 系统和MODELMAKER 射腊成型系统则使用与成型材料不一样的物料作成支撑。FDM 系统有两种支撑材料可供选择,包括旧有的ABS 塑料材料和于数年前开发的可分解材料(Soluble Support),旧的ABS 材料需要用手工具协助下才能去除,而且十分困难,因此开发了新的可分解材料,这种材料放进特别的溶液下能自动分解,配合加热和超音波清洗,则能于数小时后完全消失。而MODELMAKER 射腊成型系统则使用较低熔点的腊作为支撑结构材料,于成型后放进巳调温的热水中便可以将支撑结构排走,从而获得原型。

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