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SL S 快速成形机软件系统的开发
李伟荣1 ,伍晓宇1 ,赵 航1 ,梁 雄2
(11 深圳大学 机电与控制工程学院 ,广东 深圳 518060)
(21 昆明大学 电机系 ,云南 昆明 650118)
摘要 :介绍了新软件的结构体系和主要功能 ,详细阐述了基于 VC 平台的 SL S 快速成形机软件系
统的开发过程 ,并对软件开发中的若干技术问题进行了探讨。
关键词 :SL S ;快速成形 ;软件系统
中图分类号 :TG43 ; TH16 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 1616( 2008) 19 - 0041 - 04
快速成形技术 (Rapid Prototyping Technology ,
RP)是 20 世纪 80 年代中后期发展起来的一项新
兴的先进制造技术 ,被认为是近 20 年制造技术领
域的一次重大突破 ,对制造业的发展有着十分重大
而深远的影响。选择性激光烧结 ( Selective Laser
Sintering ,SL S)是快速成形技术的一种 ,其主要工
作流程为 :对零件三维图进行切片 ,切片数据处理
后铺粉装置将粉末在工作缸上均匀铺上一层 ,计算
机根据切片模型的数据 ,控制激光束的二维扫描轨
迹并有选择地烧结固体粉末材料来形成零件的一
个层面 ,在完成一层成形工作后 ,软件驱动铺粉装
置铺上新粉 ,计算机再控制激光束进行扫描烧结新
层。如此循环 ,直至成形完毕[1 ] 。
在 SL S 成形系统中 ,软件控制设备进行各种
成形操作 ,因此快速成形软件的好坏直接影响系统
的整体性能。目前大多数快速成形软件都不能把
切片程序和成形控制程序整合到一起 ,因此本文研
究并开发了基于控制卡控制的快速成形机软件系
统[2 ] 。系统包括切片程序和成形控制程序 ,能非
常方便地控制快速成形机进行零件成形操作。
1 软件的结构体系
在 SL S 系统中 ,软件主要处理以下工作 :对三
维图形进行切片处理、控制 X Y 轴进行扫描烧结、
完成供粉和铺粉的功能、对设备状态进行实时监测
等。基于控制卡控制的 SL S 快速成形设备控制系
统结构如图 1 所示。
软件主要通过调用动态链接库中的函数来驱
动设备运行。软件功能结构主要包括 4 个部分 :切
图 1 控制系统结构图
片处理程序、各轴运动测试程序、成形控制程序和
状态监测程序。结构图如图 2 所示。
图 2 软件结构体系
软件的各个功能模块相对独立又相互联系。
切片处理程序主要为成形程序提供扫描坐标文档 ;
各轴测试程序主要为成形操作提供调试机器的平
台 ;状态监测主要为成形操作提供反馈[3 ] 。软件
主要功能模块介绍如下 :
a. 切片处理程序。主要是对 STL 格式的三维
零件图进行切片。然后把切片后的坐标数据存储
在 TXT 文件中供扫描轨迹程序读取。
收稿日期 :2008 - 07 - 24
作者简介 :李伟荣 (1983 - ) ,男 ,广东梅州人 ,深圳大学硕士研究生 ,主要研究方向为快速成形。
14·智能控制技术· 李伟荣 伍晓宇 赵 航 等 SL S 快速成形机软件系统的开发
b. 各轴运动测试程序。调节各轴的运动位置、
测试限位开关以及观察多轴插补的灵活性等 ,为实
验做位置调节准备 ,同时对设备性能进行检测。
c. 成形控制程序。成形实验开始时先是对成
形参数进行设定 ,比如扫描速度、激光功率、铺粉厚
度等 ,然后根据切片 TXT 文件控制激光束在 X Y
平面上作扫描运动。
d.状态监测程序。监测程序包括对各个轴实
时位置的监测显示 ;对限位状态的显示及对当前成
形层轨迹的显示。
2 软件的设计
SL S 快速成形机软件采用 MFC ( VC 图形界
面)开发。MFC 是面向对象程序设计与 Applica2
tion Framework 的完美结合 ,它将传统的 API 分类
封装 ,并且创建了程序的一般框架 ,可以非常方便
地进行图形界面的程序开发 ,同时 MFC 也能很好
地兼容硬件底层动态链接库[4 ] 。
2 . 1 切片程序
切片分层是快速成形制造技术中的关键部分。
分层质量的好坏直接影响着以后的扫描路径数据
处理和叠层加工过程。切片程序首先对 STL 文件
在沿 Z 轴上分成若干层。
每个 STL 实体都是由若干个三角面包围起
来 ,形成一个封闭的表面组合。用垂直于 Z 轴的
一组平面去和 STL 实体轮廓相交 ,那么一定会有
一条或几条封闭的相交线 ,这些相交线所组成的图
形就是每层的轮廓[5 ] 。
设 F( z) 是垂直于 Z 轴的距离相等的一组切
片平面 ,则 F( z ) 的方程为 :
z = nΔh{ n ∈ N 且 n ≤ H/Δh} (1)
式中
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