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研究生:黃建龍
研究生(外文):Jian-Long Huang
論文名稱:具混成材料快速原型CAM系統之研發
論文名稱(外文):The Research and Development on the Material Grading CAM System for Rapid Prototyping
指導教授:林榮信
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:機械工程所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:123
中文關鍵詞:電腦輔助幾何製造(CAM)快速原型混成材料物件模型
外文關鍵詞:CAMRapid PrototypingHeterogeneous object model
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快速原型(Rapid Prototyping, RP)製造技術的研究新趨勢在於建構具混成材料多種材質(Heterogeneous gradient material)之弁鄔坁咱鞳C混成材料技術可以解決因兩種不同材料結合所造成的熱應力效應及熱膨脹係數不協調等問題,目前快速原型技術在具混成材料工件之模型資料處理未有成熟之方法
本論文主要目的是發展快速原型混成材料之CAM/RP系統,研究重點包含多種材質切層處理,含材料組成之加工路徑規劃及多種材料之RP製造電腦模擬。
The new trend for Rapid Prototype (RP) manufacturing research is to build the functional part of heterogeneous gradient material. Gradient material technique solves the problems for thermal stress effects and inconsistence of thermal expansion coefficients. Due to two different materials adjoining together. Currently, the RP technique is still looking for a good method for data processing on gradient material object

The main purpose of this research is to develop the CAM/RP system with gradient material properties and its software. This research forcuses on the slicing procedures and material path planning for gradient material object, and the computer animation/simulation for RP fabrications.
目 錄
中文摘要-------------------------------------------------i
英文摘要-------------------------------------------------ii
目錄----------------------------------------------------iii
圖目錄---------------------------------------------------vi
表目錄--------------------------------------------------xii
第一章 緒論
1.1 前言----------------------------------------------1
1.2 研究動機與目的------------------------------------2
1.3 文獻回顧------------------------------------------4
1.3.1混成材料RP製造方法之文獻---------------------4
1.3.2均質RP製程做切層方向的最佳化之文獻-----------9
1.3.3均質RP製程路徑規劃的最佳化文獻--------------10
1.3.4 Madial Axis理論相關文獻-----------------------12
1.4 研究方法-----------------------------------------13
第二章 快速原型製造系統
2.1快速原型製造系統的簡介---------------------------15
2.2快速原型系統CAD資料結構輸出---------------------19
2.2.1 STL幾何模型結構介紹-------------------------19
2.2.2由STL檔建立包覆CAD幾何模型的邊界----------21
2.2.3計算三角網格在空間中的材料體積比--------------22
2.2.4三軸向混成模型之MSTL檔案輸出----------------24
第三章 三軸向混成材料模型之處理
3.1處理三軸向混成材料模型架構流程--------------------26
3.2讀入MSTL檔案並重現混成材料模型------------------27
3.3旋轉混成材料模型----------------------------------30
3.4判斷切層面經過的三角網格--------------------------39
3.5計算切層面與空間線段的交點------------------------41
3.6排序交點產生切層輪廓------------------------------42
3.7計算內部交點的材料--------------------------------44
3.8對混成材料模型切層的結果--------------------------44
3.9切層內部材料混成----------------------------------45
3.10切層輪廓偏置-------------------------------------46
3.11掃描線求交點-------------------------------------48
3.12連續路徑的連接------------------------------------49
3.13選擇路徑規劃的方向--------------------------------51
3.14 Zig-Zag路徑規劃-----------------------------------52
3.15 HPGL輸出格式-----------------------------------53
3.16混成材料之RP製造電腦模擬-------------------------54
3.16.1 三軸向混成材料模型之Zig-Zag路徑模擬----------54
3.16.2 加工時間分析---------------------------------55
第四章 徑向混成材料之處理
4.1處理徑向混成材料模型架構流程----------------------66
4.2軸徑向混成材料模型的處理--------------------------67
4.2.1讀入軸徑向混成材料MSTL檔案並重現模型-------67
4.2.2建立軸徑向混成模型切層面之中軸線--------------65
4.2.3切層輪廓偏移處理------------------------------73
4.2.4 徑向路徑規劃與計算材料混成比例---------------79
4.3 源徑向混成材料模型的處理-------------------------81
4.3.1讀入源徑向混成材料MSTL檔案並重現模型-------81
4.3.2建立源徑向混成模型切層面之中軸線-------------84
4.3.3 輪廓偏移與計算材料混成比例-------------------85
第五章 具混成材料RP之應用範例
5.1 散熱片------------------------------------------91
5.2人工髖關節之股骨柄-------------------------------94
第六章 結論與未來展望

參考文獻-----------------------------------------------104
圖 目 錄
圖1-1 材料內部徑向設計------------------------------------5
圖1-2 導熱管的材料分布與幾何關係--------------------------6
圖1-3 將原模型切割產生分段混成的情形----------------------6
圖1-4 線性與非線性混成函數產生不同的材料分佈--------------7
圖1-5 多邊形輪廓內為單一材料的路徑規劃--------------------7
圖1-6 混合不同的金屬粉末示意圖----------------------------8
圖1-7 用布林運算建構新的混成材料物件模型的方法------------8
圖1-8多噴嘴的3D-printing機器-------------------------------9
圖1-9模型表面法線方向為切層方向--------------------------10
圖1-10 三種選定的切層方向--------------------------------10
圖1-11 crossing function演算法原理--------------------------11
圖1-12 凹多邊形的凸殼化原理------------------------------11
圖1-13 由輪廓點資料建構CDT------------------------------12
圖1-14 中軸線與CNC口袋加工路徑-------------------------13
圖1-15 混成材料CAM/RP系統流程--------------------------14
圖2-1 DMD設備示意圖------------------------------------17
圖2-2 ASCII的STL格式定義--------------------------------20
圖2-3 STL檔案格式右手定則原理---------------------------20
圖2-4 STL實體模型之範例---------------------------------21
圖2-5八個控制點形成矩形體包覆住實體模型------------------21
圖2-6(a) 在Z高度時,該層的四個邊界點---------------------22
圖2-6(b) 由線性內插求出邊界點的幾何與材料性質-------------23
圖2-7 四個邊界點計算出網格點的材料-----------------------23
圖2-8 三軸向混成材料模型MSTL檔案格式-------------------25
圖3-1處理三軸向混成材料模型的流程圖----------------------26
圖3-2 讀取八個控制點的幾何位置與材料---------------------27
圖3-3(a) 在Z高度時,該層的四個邊界點---------------------28
圖3-3(b) 兩控制點內差出一個邊界點的材料體積比-------------28
圖3-4 由四邊界點計算內部材料體積比-----------------------29
圖3-5(a) 讀入混成材料模型MSTL檔案-----------------------30
圖3-5(b) 彩現後的混成材料模型-----------------------------30
圖3-6 X-Y平面的控制點材料分佈情形------------------------31
圖3-7 控制點材料分佈決定四個材料混成的方向---------------31
圖3-8(a) Case1混成材料模型的範例--------------------------32圖3-8(b) Case2混成材料模型的範例--------------------------32
圖3-8(c) Case3混成材料模型的範例--------------------------32
圖3-8(d) Case4混成材料模型的範例--------------------------33
圖3-9 Y-Z平面的控制點分佈情形----------------------------34圖3-10 X-Z平面的控制點分佈情形---------------------------34
圖3-11 Case3旋轉後的混成材料模型切層(切十層)後的結果------35
圖3-12旋轉後的混成材料模型之不同切層面的材料混成結果-----35
圖3-13 γ = 137度之掃描線示意圖----------------------------36
圖3-14 五條掃描線的材料差異量----------------------------36
圖3-15 需利用掃描線找出γ角度的混成材料模型--------------37
圖3-16 掃描線範例旋轉後的混成材料模型--------------------38
圖3-17旋轉後的混成材料模型之不同切層面的材料混成結果-----39
圖3-18 三角網格與切層面交集的五種情形--------------------40
圖3-19 將網格點資料作空間區分----------------------------41
圖3-20 計算交點P的示意圖--------------------------------41
圖3-21 判斷切層面與三角網格交線方向----------------------42
圖3-22 排序交點資料的流程圖------------------------------43
圖3-23 讀入MSTL檔案後切層的結果------------------------45
圖3-24 展現不同切層輪廓邊界的情形------------------------45
圖3-25對切層輪廓產生內部材料混成(第38層)-------- --------46
圖3-26 三種路徑規劃方式(a)Linear;(b)offset;(c)Zig-Zag--------47
圖3-27 對線段作向左偏置----------------------------------47
圖3-28 兩偏置線段的交點P0--------------------------------48
圖3-29 掃描線求交點--------------------------------------49
圖3-30 Odd Winding rule -----------------------------------49
圖3-13 掃描線交點的排列與分組線段------------------------50
圖3-32 連接分組線段--------------------------------------50
圖3-33由切層面的邊界點決定路徑規劃的方向-----------------51
圖3-34 Zig-Zag路徑規劃------------------------------------52
圖3-35 輸出HPGL混成材料路徑資料------------------------54
圖3-36 Zig-Zag路徑規劃加工模擬(第1層)---------------------55
圖3-37 Zig-Zag路徑規劃加工模擬(第29層)-------------------55
圖3-38 圖3-8(a)模型旋轉前與旋轉後的情形-------------------57
圖3-39圖3-8(a)模型旋轉前與旋轉後路徑規劃的結果------------58
圖3-40 圖3-8(b)模型旋轉前與旋轉後的情形-------------------59圖3-41圖3-8(b)模型旋轉前與旋轉後路徑規劃的結果-----------59
圖3-42 圖3-8(c)模型旋轉前與旋轉後的情形-------------------60圖3-43圖3-8(c)模型旋轉前與旋轉後路徑規劃的結果-----------60圖3-44 圖3-8(d)模型旋轉前與旋轉後的情形-------------------61
圖3-45圖3-8(d)模型旋轉前與旋轉後路徑規劃的結果-----------62
圖3-46 圖3-15模型旋轉前與旋轉後的情形--------------------63
圖3-47圖3-15模型旋轉前與旋轉後路徑規劃的結果------------63
圖3-48 八個控制點都是不一樣的混成材料模型----------------64
圖3-49 模型切層與第50層路徑規劃的結果-------------------64
圖4-1處理徑向混成材料物件模型的流程圖--------------------66
圖4-2 徑向混成材料模型MSTL檔案格式---------------------68
圖4-3(a) 讀入三軸向混成材料模型MSTL檔案-----------------68
圖4-3(b) 彩現後的混成材料模型-----------------------------69
圖4-4 凹字形MSTL模型切10層的結果----------------------69
圖4-5 中軸線理論的流程圖---------------------------------70
圖4-6 偏移長度與撲點密度的關係---------------------------70
圖4-7 切層輪廓點與Reflex的關係 --------------------------71
圖4-8切層輪廓對應的Reflex點(紅點)---- --------------------72
圖4-9 Reflex點補圓弧--------------------------------------72
圖4-10 建立CDT的流程圖---------------------------------74
圖4-11點資料與限定邊界建立CDT三角形--------------------74
圖4-12凹字型模型切層與CDT的範例-----------------------75
圖4-13三角形之外接圓與頂點-------------------------------75
圖4-14 CDT三角形與MA點的關係圖------------------------77
圖4-15邊界點所對應的真正MA點----------------------------77
圖4-16完整連接的中軸線-----------------------------------78
圖4-17輪廓往中軸線偏移後的結果---------------------------78
圖4-18不同材料混成比例的輪廓邊界 (Scale為0.5)-------------79
圖4-19凹字形混成模型切層面之徑向路徑規劃-----------------80
圖4-20徑向混成模型切層面之路徑規劃模擬-------------------80
圖4-21 源徑向混成材料模型MSTL檔案格式------------------82
圖4-22(a) 讀入扳手的源徑向混成材料模型MSTL檔案----------82
圖4-22(b) 扳手MSTL彩現後的混成材料模型------------------83
圖4-23 扳手MSTL模型切20層的結果-----------------------83
圖4-24 扳手模型切層面所建立的CDT------------------------84
圖4-25(a) 計算CDT外接圓的圓心(紅點) --------------------84
圖4-25(b) 完整連接的中軸線 (綠線) ------------------------85
圖4-26 輪廓往中軸線偏移的結果----------------------------85
圖4-27 扳手模型不同切層面的內輪廓幾何與材料分佈的情形----87
圖4-28扳手模型不同切層面徑向路徑規劃的結果---------------88
圖4-29 扳手模型第10層切層面之路徑規劃模擬---------------89
圖5-1 彩現混成材料散熱片的模型---------------------------91
圖5-2(b) 真實人工膝關節組件圖-----------------------------91
圖5-3旋轉完的混成材料散熱片模型切層輪廓------------------92
圖5-4 不同層Zig-Zag路徑規劃的結果------------------------92
圖5-5 散熱片模型第1層切層面的路徑規劃模擬---------------93
圖5-6 全人工髖關節的組件---------------------------------94
圖5-7 鈦合金(Ti-6Al-4V)與氫氧磷酸鈣的混成-----------------94
圖5-8 equal-distence offset路徑規劃---------------------------95
圖5-9 源徑向混成之人工股骨柄模型-------------------------95
圖5-10 人工股骨柄模型切層--------------------------------96
圖5-11人工股骨柄模型切層(第13層)與CDT ------------------96
圖5-12 CDT與計算中軸線點資料(紅點)的結果-----------------97
圖5-13 完整連接的中軸線(綠線) ----------------------------97
圖5-14切層輪廓往中軸線偏移的結果-------------------------98
圖5-15不同材料混成比例的輪廓邊界-------------------------98
圖5-16 人工股骨柄之徑向混成材料路徑規劃------------------99
圖5-17人工股骨柄切層面(第12層)之徑向路徑規劃模擬---------99
圖6-1 路徑自交示意圖------------------------------------102




表 目 錄
表2-1 DMD製程參數--------------------------------------18
表3-1掃描線角度與材料差異量的關係------------------------38
表3-2 圖3-8(a)之模型加工時間計算--------------------------58
表3-3 圖3-8(b)之模型加工時間計算--------------------------58
表3-4 圖3-8(c)之模型加工時間計算--------------------------59
表3-5 圖3-8(d)之模型加工時間計算--------------------------60
表3-6 圖3-15之模型加工時間計算---------------------------61
表3-7 圖3-48之模型加工時間計算---------------------------64
表4-1 凹字形模型加工時間計算-----------------------------81
表4-2 扳手模型加工時間計算-------------------------------89
表5-1 鋼與鋁的熱傳導係數與楊氏係數的比較-----------------90
表5-2 散熱片模型加工時間計算的結果-----------------------93
表5-3 人工股骨柄模型(第13層)加工時間計算----------------100
表5-4 人工股骨柄模型加工時間計算------------------------100
參考文獻
1. Amenta, N., Choi, S. and Kolluri, R.K., “The Power Crust,” Proceedings sixth ACM symposium on Solid modeling and applications, pp. 249-266, 2001.
2. Cheng, W., Fuh, J. Y. H., Nee, A. Y. C., Wong, Y.S., Logh, H. T., and
Miyazawa, T. “Multi-objective optimization of part building orientation in stereolithography,” Rapid Prototyping Journal, Vol. 1, pp. 12-23, 1995.
3. Cho, W., Sachs, E.M., Patrikalakis, N.M. and Troxel, D.E., “A dithering algorithm for local composition control with three- dimensional printing,” Computer-Aided Design Vol. 35, pp. 851–867, 2003.
4. Choi, S. H. and Cheung, H.H., “A topological hierarchy-based
approach to toolpath planning for multi-material layered manufacturing,” Computer-Aided Design Vol. 38, pp. 143-156, 2006.
5. Frank, D. and Fadel, G. M., “Expert System Based Selection of the
Preferred Direction of Build for Rapid Prototyping Processes,”
Journal of Intelligent Manufacturing, Vol. 6, pp. 334-339, 1995.
6. Jacksona, T.R., Liua, H., N.M., Patrikalakisa, N.M., Sachsb, E.M. and Cimac, M.J., “Modeling and designing functionally graded material
components for fabrication with local composition control,”
Materials and Design, special issue, Vol. 20, pp. 63-75, 1999.
7. Kou, X.Y. and Tan, S.T., “A hierarchical representation for
heterogeneous object modeling,” Computer-Aided Design, Vol. 37,
pp. 307-319, 2005.
8. kou, X.Y., Tan, S.T. and Sze, W.S., “Modeling complex heterogeneous objects with non-manifold heterogeneous cells,” Comput-Aided Design Vol. 38, pp. 457–474, 2006.
9. Kummar, V., Rajagopalan, S., Cutkosky, M. and Dutta, D.,
“Representation and processing of heterogeneous objects for solid
freeform fabrication,” IFIP WG5.2,Geometric Modeling Workshop,
Dec. 7-9, 1998.
10. Ohin, A. and onsten, I., “Loosining of the Lubinus hip: 202 cases followed for 3-6 years, ”Acta orthop scandl, Vol. 61, pp. 244-257, 1990.
11. Qian, X. and Dutta, D., “Feature-based design for heterogeneous objects,” Computer-Aided Design, Vol. 36, pp. 1263-1278, 2004.
12. Qian, X. and Dutta, D., “Design of heterogeneous turbin blade,” Computer-Aided Design, Vol. 35, pp. 319-329, 2001.
13. Rajagopalan, S., Goldman, R., Shin, Ki Hoon, Kumar, V., Cutkosky, M. and Dutta, D., “Representation of heterogeneous objects during design, processing and freeform-fabrication,” Materials and Design, Vol. 22, pp.185-197, 2001.
14. Sarma, S. E., “The crossing function and its application to zig-zag
path,” Computer-Aided Design Vol.31, pp. 881-890, 1999.
15. Shewchuk, J. R., “Triangle: Engineering a 2D Quality Mesh Generator and Delaunay Triangulator,” First Workshop on applied computational Geometry (Philadephia, Pennsylvania) ACM, pp. 124-133, 1996.
16. Shin, Ki Hoon, Natu, H., Dutta, D. and Mazumder, J., “A method for the design and fabrication of heterogeneous objects,” Materials & Design, Vol. 244, pp. 339-353, 2003.
17. Shoufeng, Y. and Julian, R.G. “A multi-component powder dispensing system for three dimensional functional gradients,” Materials Scinece & Engineering A, Vol. 379 pp.351–359, 2004.
18. Stiles, E., “The fabrication of designed materials using direct metals deposition,” M.S. Thesis, University of Michigan at Ann Arbor, 2000.
19. Siu, Y.K. and Tan, S.T., “Source-based’ heterogeneous solid modeling,” Computer-Aided Design, Vol. 34, pp. 41-55, 2002.
20. Siu, Y.K. and Tan, S.T., “Modeling the material grading and structures
of heterogeneous objects for layered manufacturing,” Computer-Aided Design, Vol. 34, pp. 705-716, 2002.
21. Xu, Anping and Shaw, Leon L., “Equal distance offset approach to
representing and process planning for solid freeform fabrication of
functionally graded materials,” Computer-Aided Design , Vol. 37, pp.
1308-1318, 2005
22. Xu., F., Loh, H. T., and Wong, Y. S. “Considerations and Selection of
Optimal Orientation for Different Rapid Prototyping System,” Rapid
Prototyping Journal, Vol. 5, pp. 54-60, 1999.
23. 王晨俊,“具三維弁鄔尨A應性漸層材料結構於桌上型層狀製造之研究”,碩士論文,國立中正大學光機電整合工程研究所,2006。
24. 余柄繞,“中軸線於加工路徑規劃應用”,碩士論文,國立中正大學機械工程研究所,2003。
25. 林耕莘,“快速原型製造系統之有效率的進階適應性切層方法”,碩士論文,國立中正大學機械工程研究所,2000。
26. 釦B祥,“具混成材料CAD系統應用於快速原型之研發”,碩士論文,國立中正大學機械工程研究所,2005。
27. 陳柏宏,“適應性RP加工Zig-Zag路徑規劃與系統整合”,碩士論文,國立中正大學機械工程研究所,2003。
28. 鄭惟心,“全人工髖關節中超高分子聚乙烯元件之應力分佈:有限元素法分析與臨床磨耗位置之比較 ”,碩士論文,長庚大學機械工程研究所,2004。
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