3D打印中异形截面轮廓的识别算法研究

3D打印算法研究及应用开题报告

一、选题依据和研究背景

随着3D打印技术的不断发展，其应用领域也越来越广泛，从个人制造到医疗、建筑、航空航天等行业都可以看到3D打印的身影。3D打印技术中最核心的部分就是打印算法，打印算法的优化可以提高打印效率和精度，实现更高质量的打印结果，因此对3D打印算法的研究具有重要意义。

二、研究目标和内容

本研究的目标是探究3D打印算法的优化方法，提高打印效率和打印质量。具体内容包括：

1.了解当前3D打印算法的发展现状和存在的问题。

2.分析3D打印算法中存在的瓶颈和限制，探究优化算法的思路和方法。

3.通过实验验证算法的效果，分析优化算法在不同打印场景下的适用性和优越性。

三、研究方法和技术路线

本项目的研究方法主要包括文献综述、实验研究和数据分析等。具体的技术路线为：

1.文献综述。首先了解当前3D打印算法的发展和研究现状，查找相关的研究文献和资料，分析当前算法存在的问题和挑战。

2.实验研究。基于当前算法的缺点，设计实验并对算法进行优化，比较不同算法的性能差异，并进行实验数据的收集和分析。

3.数据分析。使用统计学方法对实验数据进行分析，评估不同算法的优劣，总结优化算法的适用性和局限性。 四、研究意义和预期结果

本研究的意义在于提高3D打印的效率和打印质量，实现更广泛的应用和发展。预期得到的结果包括：

1.掌握3D打印算法的发展现状，了解算法中存在的问题和挑战。

2.通过实验设计和数据分析，提高算法的效率和精度，总结优化算法的适用性和局限性。

3.探索3D打印算法的应用前景，促进3D打印技术的发展和应用。

异形截面3D管状机织物的设计与试织

王晶晶;吕丽华;王观桔

【摘 要】通过设计合理的上机工艺及织造方法,制备出2种异形截面的3D管状机织物.采用“压扁—织造—还原”方法进行织造,先画出2种异形截面3D管状机织物的经向截面图,再根据经向截面图设计出相应的组织图;根据组织图进行上机织造,最后在SGA598型小样织机上成功试织2种异形截面的3D管状机织物.结果 显示:通过合理设计可以在SGA598型小样织机上织造出规定形状的异形截面3D管状机织物,为异形截面3D管状机织物复合材料的制备提供了织造方法,促进了其应用与推广.

【期刊名称】《毛纺科技》

【年(卷),期】2019(047)008

【总页数】4页(P7-10)

【关键词】异形截面管状织物;三维机织物;普通织机;组织图

【作 者】王晶晶;吕丽华;王观桔

【作者单位】大连工业大学,辽宁大连 116034;大连工业大学,辽宁大连 116034;大连工业大学,辽宁大连 116034

【正文语种】中 文

【中图分类】TS105.11

随着高性能纤维生产技术的进步和纺织加工技术的进一步发展，3D机织复合材料日益显示出巨大的应用潜力。3D机织复合材料由于其独特的横向特性，如刚度、强度、断裂韧性和抗损伤性，已成为多向承重和冲击应用有吸引力的结构材料[1]。3D管状机织复合材料以其优异的力学性能和结构优势，越来越来多地应用在航空、航天、生物医学工程以及汽车工业等领域[2]。作为3D管状机织复合材料的增强结构件——3D管状织物的设计尤其重要。ZHOU等[3]在管状针织横编织物的基础上设置不同位置段的管或以不封闭管的形式扩展针织横编机和各种针织横编机的服装织物,可以满足人们对3D结构、色彩鲜艳、外观独特新颖等方面的要求。陈贵翠等[4]采用脱胶及柔软处理将桑皮纤维制成工艺纤维,对丙纶(PP)采取必要的前处理工艺,然后利用2种纱线来加工局部管状针织物。将2种纤维混纺制备针织纱线并织造针织物。针织物立体感强,具有优异的延伸性和悬垂性，然而，目前针织管状的织物多用于服用领域，由于针织物易变形的特点，因此以针织物作为增强体的3D管状复合材料的研究较少。裴会成等[5]介绍一种双二步法3D管状织物编织机，与二步法编织机相比增加了1倍编织纱的数量，编织机编织单元在空间上排列成圆筒状并沿圆筒轴向扩展组成编织单元的3套拨盘的结构，但大小不随编织层数变化而变化，实现了编织单元的模块化,同时还对3D编织机编织口的位置进行了优化研究，推动了编织管状织物的发展。虽然编织管状织物的优点是制作截面尺寸较小但截面形状变化较大，轴向尺寸较长的预成型件，但是目前应用还不普及，需要特定的织机，其性能研究不足，特别是成本较高。3D机织工艺纤维基本呈正交排列[6]，相对于针织和编织管状织物来说，机织管状织物的研究相对较多。朱红等[7]针对产业用多边形孔管状结构件的技术需求分别制作了三角形、菱形、方形和类圆形3D孔管状结构件，并通过分析得出孔管状结构件设计参数间的数学关系。研究结果为多排孔管类技术纺织品结构设计制作提供了技术支持。董敬贵[8]提供了三通管状织物的设计方法、织造的上机图，分析了织造过程中的问题，并提出了解决方案，完成了三通管机织预型件的结构与工艺设计,在小样织机上进行反复试织，结果证实了该设计方法的合理性。易洪雷等[9]利用“压扁—织造—还原”方法完成了3种管状机织预型件的结构与工艺设计，并在小样织机上进行试织，结果证实了该设计方法的合理性。刘佳[10]进行了圆管机织复合材料的拉伸、压缩和扭转试验，并分析了其细观结构和损伤破坏过程。研究表明：：圆管机织复合材料拉伸、压缩试件在接近破坏时，弯曲的经纱会在拉伸载荷作用下由弯变直，或伸直的经纱会在压缩载荷作用下由直变弯，从而导致材料的部分基体与纱线分离而脱落；扭转试件随着扭转角的不断增大，环向纬纱会因基体与纱线的相互作用而在圆管径向产生不同程度的位移，所以扭转角的增大会在管的径向形成褶皱。但由于圆管机织复合材料试件不具有自由边界，所以其具有更好的整体性能和承载能力。王黎黎等[11]以经角连锁为织物的基本组织结构，将 166.55 tex(1 500旦)芳纶长丝织造一体成型的4层管状织物，在相同的层数条件下，通过拉伸测试表明所制备的复合管状材料与平纹织物卷绕成管状的管状复合材料相比，其力学性能明显提高。综上所述，3D管状机织织物目前的制造形状都是普通的圆管，异形管状的织物还比较少，对于特定环境下规则的管状织物并不是完全适用，如汽车领域的异形截面空心结构件[12]，工业领域的异形截面钢管混凝土结构[13]，建材机械领域的异形管钢筋骨架等很多领域[14]，规则的管状织物并不能满足要求，因此结合3D管状机织复合材料的优点，开发异形截面的3D管状机织物复合材料是非常有必要的。开发异形3D管状机织物对3D复合材料的发展具有很大的推动意义，同时管状3D织物织造技术还有待进一步研究开发。

第２９卷第６期　２００８年６月　纺　织　学　报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＶｏＩ．２９　Ｊｕｎ．　Ｎｏ．６　２００８　

文章编号：０２５３．９７２１（２００８）０６．００１１．０５　

异形纤维截面测量中的边缘检测算法　

杨崇倡　，冯经明　，黄作英　，魏　蕊　，孙瑞玉　，王征黎　

（１．东华大学机械工程学院，上海２０１６２０；２．上海交通大学自动检测研究所，上海２００２４０；　

３．神马实业股份有限公司，河南平顶山４６７０００）　

摘要边缘检测是数字图像处理中的重要内容之一，也是实现图像分割、特征提取和图像理解的基础；而截面的　

特征参数是表征异形纤维截面形状的主要指标。计算机数字图像处理可以提取异形纤维的特征参数来自动识别　

不同类型的异形纤维。讨论采用常用的几种经典边缘检测算法对截面形状为五角形的异形纤维图像进行处理的　情况，并通过实验得出这些边缘检测算法的优缺点及结论，以便为正在开发的异形纤维截面自动检测系统的图像　

处理技术作铺垫。　

关键词　边缘检测；纤维截面；异形纤维；测量；图像处理　

中图分类号：ＴＳ　９４１．２　文献标识码：Ａ　

Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｅｄｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｒｏｆｉｌｅｄ　ｆｉｂｅｒｓ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　

ＹＡＮＧ　Ｃｈｏｎｇｃｈａｎｇ　，ＦＥＮＧ　Ｊｉｎｇｍｉｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｚｕｏｙｉｎｇ　，ＷＥＩ　Ｒｕｉ　，ＳＵＮ　Ｒｕｉｙｕ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇｌｉ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１６２０，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ；　

３．Ｓｈｅｎ　Ｍａ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｎａｎ　４６７０００，Ｃｈｉｎａ）　

3D打印算法研究及应用中期报告

一、研究背景

3D打印技术是一种通过数字模型切片制造物体的技术。在这个过程中，先将数字模型软件处理成一系列分层的二维截面，然后通过一系列方法将材料层层叠加，最终得到一个三维实体。其中，3D打印算法是其中一个核心部分，它相当于链接了数字模型和物理成品之间的基础技术，是3D打印过程中的核心环节。

二、研究现状

目前，3D打印算法的研究主要集中于以下几个方面：

1、切片算法：这是3D打印的基础环节，切片算法将数字模型切割成薄片，生成一个三维数据对象。根据不同的3D打印技术，切片算法的实现方式也有所不同。

2、填充算法：填充算法决定了打印时如何充填物料，如何调节填充密度以及如何控制实体的强度和重量。常见的填充算法包括网格填充、光线追踪填充、正弦波填充等。

3、支撑算法：由于一些3D打印成品可能存在悬空的外延部分，无法直接打印，因此需要添加支撑杆来支撑这些部分。支撑算法主要是用于自动生成支撑杆以保证打印成品的质量和准确性。

三、研究内容和计划

本报告的研究内容主要包括以下几个方面：

1、构建3D打印模型的切片算法：在本次研究工作中，我们将构建一个基于阈值法的层状表面切片算法。该算法利用切片层和模型表面之间的距离阈值来确定每个层的高度，并根据该高度生成切片层。 2、填充算法优化：对于3D打印过程中填充算法的优化研究，主要是采用基于正弦波的优化方案来对填充算法进行优化，以提高打印成品的强度和重量。

3、支撑算法优化：由于支撑算法的优化效果可以直接影响最终成品的质量，因此我们将采用基于机器学习的支撑算法优化方法。该方法通过对大量打印数据的学习，来自动生成最优的支撑杆，从而提高3D打印成品的精度和质量。

四、研究成果展望

本次研究工作的成果将可以为3D打印技术的快速发展提供支持，其中切片算法的构建可以提高3D打印过程的效率和精度，填充算法和支撑算法的优化则可以保证最终打印成品的强度和质量。本研究所提出的算法和方法也将在相关领域产生广泛的应用和推广。