1、經(jīng)過十多年的發(fā)展，國內(nèi)在快速成形(Rapid Prototyping，RP)領域取得了長足的進步，但許多方面與國際領先水平相比還存在不小的差距。本文對快速成形軟件與工藝的若干關鍵問題進行了研究，內(nèi)容包括STL模型布爾運算的研究與實現(xiàn)、相交性測試的優(yōu)化、SLS(Selective Laser Sintering)輻射加熱建模、以及SLS自動控溫四個方面。其理論和成果，不僅為華中科技大學RP軟件和設備提高水平、實現(xiàn)商品化作出了較大貢獻，而且

2、為快速成形技術在我國的推廣應用提供了有力的軟件工具。 STL模型布爾運算的實現(xiàn)是國內(nèi)開發(fā)優(yōu)秀的RP數(shù)據(jù)處理軟件的瓶頸問題，本文提出并實現(xiàn)了一種基于交線環(huán)探測的STL模型布爾運算的算法。通過相交性測試獲得相交三角形及對應的相交線段，通過以交線環(huán)探測為目標來確定交線的有效性，大大提高了布爾運算過程的效率和穩(wěn)定性。分別以交線鏈和交線環(huán)為邊界，對相交三角形和相交表面進行了剖分。通過判斷特征點是否在實體對應高度切片的實體區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)了一個

3、實體各個面域與另一個實體的包含關系的判斷。通過布爾運算可以在三維層次上修改和編輯STL模型，這為解決RP應用過程中一系列棘手的數(shù)據(jù)處理問題提供了一個有力的工具。 STL模型布爾運算求交時，直接對兩個模型的基本幾何元素間兩兩進行相交性測試，會遇到嚴重的算法效率問題。本文提出了空間分解法和層次包圍體樹法兩種相交性測試優(yōu)化方法，并詳細說明了采用均勻單元格的空間分解法和AABB層次包圍體樹法對相交性測試進行優(yōu)化的具體步驟。這兩類方法通過

4、快速排除明顯不會發(fā)生相交的三角形，找出潛在的相交區(qū)域或潛在的相交三角形對，大大減少了必須直接進行相交性判斷的三角形對的數(shù)目，提高了算法效率。 燒結尼龍基復合材料直接制作功能件是SLS技術的一個重要的發(fā)展方向，具有廣闊的應用前景。但國產(chǎn)SLS設備的預熱溫度場的均勻性難以滿足尼龍材料燒結時苛刻的控溫要求，嚴重制約了SLS功能件材料的實驗研究與推廣應用。為了找出影響溫度場分布不均的直接原因及影響溫度場分布的因素，本文對HRPS系列SL

5、S燒結系統(tǒng)采用的管式輻射加熱系統(tǒng)進行了數(shù)學建模，通過數(shù)值計算獲得了各個安裝高度下溫度場的分布情況、均勻度以及最大偏差的變化曲線。通過總結不同高度下溫度場的變化規(guī)律，提出了合理的改善預熱溫度場均勻性的措施。這種分析方法為進一步開發(fā)輻射加熱均勻性較好的預熱裝置提供了有益的借鑒和分析工具。 制件的翹曲是高分子聚合物選擇性激光燒結過程中普遍存在的破壞性現(xiàn)象，對這種現(xiàn)象的合理抑制是燒結工藝的關鍵性內(nèi)容。傳統(tǒng)的采用人工調(diào)節(jié)預熱溫度的方法大大