桌面级面曝光快速成型控制系统设计与实践

作     者：徐昕 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宜怀

授予年度：2020年

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：快速成型 面曝光 控制系统 切片算法 

摘      要：桌面级面曝光快速成型技术是一种成本控制、体积受限的光固化快速成型技术,利用LCD或DLP等图像投影技术投放近紫外光源,形成掩模进行材料堆叠的原理进行模型制造。拥有高精度产品定制、本地化生产和减少物流成本等特点,是推动快速成型技术在消费级市场普及的关键。控制系统的设计在考虑成本与体积因素限制的前提下,从系统稳定性与实时性、适用的切片方案、设备交互性角度出发,进行深入研究与设计。鉴于此,本文设计实现了一种利用LCD作为成型光源,以嵌入式设备为核心的系统设计方案。本文工作内容如下:（1）从稳定性与实时性角度出发,采用基于ARM Cortex-M0+内核的SKEAZ128作为控制核心进行软硬件方案设计。硬件设计从稳定性角度出发,设计接口电路以及隔离电路防止设备运作产生的电磁干扰;软件方面采用实时操作系统MQXLite规划功能任务设计方案,并给出了各任务设计要点。（2）从适用的切片方案角度出发,针对打印模型切片操作中涉及多模型排布过程中可能出现嵌套重叠的现象,采用扫描线奇偶填充引起的嵌套重叠处填充错误,本文提出一种基于面法向量定向的切片填充算法,根据面法向量对提取的切片轮廓进行定向并采取非零环绕填充的方案对多模型重叠的情况进行正确切片。（3）从交互性角度出发,通过嵌入式人机接口作为交互的载体,根据组件化的软件工程设计思想,进行测试界面以及功能流程界面设计,方便设备测试、维修与功能执行,提高了设备的可操作性。最终根据实际成型实验所得成型效果进行分析,本文设计的控制系统能够满足桌面级面曝光快速成型系统的应用需求。同时,本课题所设计的系统具有低成本,高精度的特点,已进入设备测试阶段,具有一定的市场价值。