Программное обеспечение графического редактора для лазерного послойного

синтеза изделий из металлических порошков

Е.И. Артамонов,

зав. лаб., д.т.н., проф., eiart@ipu.ru,
А.В. Балабанов,

с.н.с., к.т.н.,
В.А. Ромакин,

с.н.с., к.т.н., insight.ru@gmail.com,
Л.Н. Сизова,

н.с.,lusysz@ipu.ru
ИПУ РАН, г. Москва

В статье описываются особенности разработки программного обеспечения (ПО) графического редактора, предназначенного для подготовки геометрических данных, используемых в производстве изделий с применением технологии лазерного послойного синтеза. Разработана структурная схема и ПО графического редактора. Приведены результаты работы графического редактора.

This article describes design features of graphics editor software intended for preparation of geometric data used in parts manufacturing by laser sintering procedure. The structure chart of the graphics editor is designed. The software is developed, the output results are shown.

В настоящее время в отечественной промышленности новые образцы техники создаются с применением традиционных средств автоматизации, таких как САПР, станки с ЧПУ, роботы. При этом недостаточно широко применяются технологии быстрого прототипирования, которые, как показывает мировой опыт, позволяют сократить сроки освоения производства новых изделий, а также снизить их стоимость и повысить качество. В этой связи также необходимо отметить малую долю отечественных разработок и недостаточно развернутые научные исследования в области технологий быстрого прототипирования.

Одной из прогрессивных технологий быстрого прототипирования является технология лазерного послойного синтеза, которая позволяет изготавливать металлические прототипы изделий сложной конфигурации и заключается в послойном спекании металлического порошкового материала лучом лазера, в результате чего осуществляется постепенное (послойное) формирование прототипа изделия.

Ранее в [1] решена задача выбора лучшей структурной реализации графического редактора, предназначенного для подготовки геометрических данных, используемых в технологии лазерного спекания изделий из металлических порошков. В настоящей статье описываются особенности разработки программного обеспечения (ПО) графического редактора. Графический редактор решает следующие основные задачи: считывание и анализ объемной геометрической модели (3D-модели) изделия; позиционирование 3D-модели относительно подложки; построение плоских сечений 3D-модели и траекторий перемещения лазерного луча для каждого сечения, включая контуры сечений, их эквидистанты и штриховку.

рис. 1 Структурная схема программного обеспечения

Структурная схема ПО (рис. 1) включает следующие модули:

Модуль чтения и анализа 3D-модели предназначен для загрузки ОГМ изделия из файла в формате *.stl и последующего её анализа.

Модуль ориентации 3D-модели предназначен для ориентации ОГМ изделия относительно плоскости подложки.

Модуль построения траекторий перемещения лазерного луча формирует траектории перемещения энергетического пятна лазерного луча для создания физической плоскости конкретного сечения изделия. Для решения этой задачи используются дополнительные модули построения контуров сечений, построения эквидистант контуров, построения штриховки контуров.

Модуль построения контуров сечений предназначен для построения контуров сечения 3D-модели изделия плоскостью. Для решения этой задачи используется библиотека алгоритмов аналитической геометрии.

Модуль построения эквидистант контуров предназначен для построения эквидистантных линий контуров сечения. Для решения этой задачи используется библиотека алгоритмов инженерной графики.

Модуль построения штриховки контуров предназначен для создания технологической сетки, внутрисеточных и внутриклеточных траекторий. Для решения этой задачи используется библиотека алгоритмов инженерной графики.

Библиотека поддержки графических форматов содержит реализации алгоритмов чтения, преобразования и записи широко используемых в производстве 3D-форматов данных, в том числе символьного и бинарного форматов *.stl.

Библиотека алгоритмов аналитической геометрии содержит реализации алгоритмов решения различных задач аналитической геометрии, в том числе задачи построения прямой линии на плоскости и в пространстве, на прямую и плоскость в пространстве.

Библиотека алгоритмов инженерной графики содержит реализации алгоритмов инженерной графики, включая алгоритмы построения эквидистантных линий и штриховки контуров.

Модуль управления организует работу отдельных модулей графического редактора.

В соответствии с предложенной структурной схемой разработано программное обеспечение графического редактора. На рисунках 2 и 3 показан процесс получения сечений и штриховки 3D-модели передней крышки автомобильного генератора в формате *.stl.

а)	б)

рис. 2 а) 3D-модель в формате *.stl; б) 3D-модель с секущей плоскостью

а)	б)

рис. 3 а) пример заштрихованного сечения и б) его увеличенный фрагмент

рис. 3 (продолжение) в-з) примеры заштрихованных сечений

Таким образом, разработано программное обеспечение графического редактора, предназначенного для подготовки геометрических данных, используемых при послойном спекании изделий из металлических порошков. ПО обеспечивает разбиение 3D-модели изделия на плоские сечения и построение для каждого сечения траекторий перемещения лазерного луча.

Литература

1. Артамонов Е.И., Балабанов А.В., Ромакин В.А., Сизова Л.Н. Разработка графического редактора для послойного лазерного синтеза // Материалы 10-й междунар. конф. «CAD/CAM/PDM». – М.: ООО «Аналитик», 2010. – С.75-77.