成形法之刀具

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1、層狀成形法之刀具路徑最佳化研究層狀成形法之刀具路徑最佳化研究ToolPathOptimizationinLayeredManufacturing孫仲偉Chung-WeiSun工業工程與管理系Depart.ofIndustrialEngineering&ManagementChinaInstituteofTechnology摘要在快速原型機加工過程中，刀具路徑的選擇對整體加工效率是最重要的因素之一，尤其對層狀成形法(LOM)影響更是重大。本文研究對於沒有切削作用行程找出最佳化的演算法則。其中並包括每個加

2、工輪廓的起點和終點的決定，以及所有輪廓的加工順序。最後，舉例說明演算法的過程。關鍵字：刀具路徑規劃、快速原型機、層狀成形法ABSTRACTInordertominimizethetotaljumpdistanceoftoolpathinthelayeredmanufacturing,thisresearchestablishesatoolpathrepresentationandusestheapproachtodeterminethetraversesequenceandthestartpointo

3、feachcurve.Thedevelopedalgorithmcanbedividedintotwotypes.Thefirsttypecandeterminethetraversesequenceandthestartpointofeachcurve,andthesecondtypecandeterminethestartpointofeachcurvegiventhetraversesequence.Oneexampleisusedtoshowthatthealgorithmsdeveloped

4、algorithmworkswell.Keyword:ToolPathPlanning,RapidPrototyping,LaminatedObjectManufacturing一、前言在同步工程領域中，設計一個產品需要評估其生命週期的各階段，包括設計分析、製造、組裝、運送、銷售、維修、回收及報廢。如果在設計初期階段預先考慮相關的設計參數，就可以避免在後期發生潛在的危機。這不難瞭解到-209-層狀成形法之刀具路徑最佳化研究在產品生命週初期便早已決定產品的最終價格。基於降低產品價格的市場考量，如何致力於

5、產品設計便是一個重要的課題。在公司中成立一個跨部門的特別工作小組，負責提供產品設計的主要專家知識。為了達成同步工程的目的，使用具有產品設計評估和分析功能的電腦軟體工具以協助建立完整的專家系統知識庫。在過去幾年間，許多研究學者和業界發展出一些電腦輔助工具軟體，並在加強同步工程專案效能上有良好的成效。本文嘗試發展出一套演算法來改善在同步工程中的一種主要加工方法，也就是快速原型機(RP,RapidPrototyping)，因為快速原型機在降低產品開發時間上已經普遍被業界認同。實際上在產品設計開發過程中，製作

6、真實原型廣泛地用於功能或造形上的測試評估。如果以傳統的方式製作原型，需要完全依賴具有相當成熟經驗的技師，不論在時效和品質上是不易控制的。二、層狀加工法由在原型製作技術的優異，導入一種新的原型製造機器--快速成型機，用於改善原型加工的時效和品質。這種技術使用和數值控制加工機器相當的電腦模組，已經成為現在產品設計和加工技術上不可或缺的重要元件。以往開發一個複雜的原型可能需求幾天、幾週，甚至幾個月，現在使用這種新的技術後，只需要幾個小時！顯然，快速成型機可以完成和一些傳統數值加工中心和手工挫刀相同的工作，不

7、同的是，快速成型是以增加材料而不是移除材料的方式來加工的。層狀加工法(LM,Layeredmanufacturing)自80’年代快速竄起，它在複雜幾何形狀的原型製作技術上有革命性的創舉，例如實體自由形體製作(SolidFreeformFabrication,SFF)。所以現在層狀加工法大多用於原型製作。層狀加工法已經取代傳統傳統成形加工和切削加工，大大地降低原型製作的時間。在業界通常拿層狀成形法和快速原型機相提並論，有許多文獻發表新的加工方式、改善加工材料、擴展層狀加工法的應用，或是製程系統。[Kr

8、uthJ.P.1991,Yan&Gu1996]LOM加工法包括兩種過程：增料和除料。LOM原理是在工作台上覆蓋一張新的紙張，將熱滾筒滾壓，使得紙張背面的黏膠與前一張紙結合。利用雷射依照slicing所得的工件二維輪廓進行切割，其他為廢料區，然後由LMmachine予以刮除。然後再黏上一層紙材後做輪廓切割，以此類推。所以這種切割的加工方式就蠻適合我們的演算法。由於減料技術的加工路徑比起增料技術來得少很多，非常適合在大尺寸工件(體積和表面積的比值愈大者，例如