文摘
作为一种新型的快速成型技术,3 d打印技术有效地解决了大错误和浪费资源的问题在传统的制造技术。DLP技术与其他技术相比,具有以下优点:可靠性高,高亮度,丰富和华丽的颜色,非常适合便携式设备。本文旨在研究嵌入式的应用程序基于微处理器的自动化精密制造业DLP3D印刷。本文提出应用DLP3D技术的想法更加自动化的精密制造。本文介绍了嵌入式处理器,3 d打印技术,以及相关的详细算法。与此同时,本文还进行了实验DLP3D印刷技术。通过分析样本印刷DLP3D技术,实验结果表明,DLP3D印刷的材料偏差值基于嵌入式处理器通常是小,与其他技术相比,印刷材料的偏差值也降低了15.6%。
1。介绍
目前铸造行业的产值在制造业得到世界上所有国家的越来越高。不断升级的竞争在全球智能制造业、新模式将面临重大调整和变化1]。加快制造业的发展,我们必须开始新流程、新材料、新制造设备。精密铸造技术经历了巨大的变化,尤其是在柔性生产方面,效率有了很大提高,改善。在国外,DLP3D印刷技术基于嵌入式处理器发展迅速,已经被广泛的市场。有许多缺点的直接制造高精度模型。在传统制造业的过程组件,多个设备或多个流程的合作是必需的。过程很复杂,这个过程是多,生产周期长,制造成本高,适用于大规模生产和标准化生产。与传统技术相比,3 d打印技术可以制造各种形状的部分不使用其他机器,模具,夹具和其他工具。因此,3 d打印技术也适用于小批量的生产和个人定制。
自动化高精度制造,通过3 d打印技术,可以快速自由曲面等制造复杂形状的产品。因为切割不是浪费在处理期间,它可以节省公司的原材料和减少资源的浪费。3 d打印技术也是可能的。进一步优化设计,迅速把它变成一个真正的对象,并进行具体检验设计的正确性,该模型的合理性,装配,和干扰,降低产品开发的风险。同时,3 d打印技术可以快速制造复杂零部件直接从设计图纸数据物理部件不使用模具。3 d打印技术大大缩短了复杂零件的制造过程,极大地缩短了产品开发和制造周期。与此同时,通过3 d打印技术,材料的利用率都得到很大的提高。印刷的材料是充分利用和成型工艺2,3]。印刷后,产品只能用在一个简单的跟踪过程中,材料利用率达到60%,甚至超过90人。换句话说,3 d打印技术无可比拟的优势领域的自动化高精度制造,可以缩短产品开发周期,提高材料利用率和产品性能,并显示3 d打印技术的前景和应用领域的自动化高精度制造。
随着科学技术的不断进步,人们取得了相关研究的相关内容,3 d打印技术基于嵌入式处理器。在嵌入式处理器,菲利浦-寄存器文件错误带来的影响进行了研究现代嵌入式处理器的可靠性通过故障注入和重离子实验研究[4]。克拉克L T采用许多方法在设计最小化强化引起的性能下降,限制权力的增加。一个方法来抵抗辐射通过设计提出了嵌入式处理器(5]。飞驒我在嵌入式处理器的功耗的研究,他的目标是降低微处理器的功耗嵌入在这些设备通过使用一种新型可动态重新配置的加速器(6]。针对传统认识的局限性,陈D设计了一个基于虹膜识别技术的嵌入式应用系统实现的功能虹膜信息采集、输入、注册和识别。先进的系统架构采用嵌入式处理器RISC机器(ARM)为核心的设计(7]。在3 d打印技术的相关研究,王一份研究报告中概述X的性能和性能聚合物复合3 d打印技术和3 d印刷复合部件,及其在生物医学领域的应用,电子,航空航天工程,和潜在的应用8]。关于3 d打印技术的研究在医学、乔纳森·G是3 d打印技术的应用研究领域的生物制造,它旨在回顾3 d打印技术应用于药物的过程,包括参数控制(9]。关于3 d打印技术的研究在建筑材料、Gosselin C表示,他提出了一个新的大规模3 d印刷工艺对水泥材料。结构复杂的几何形状可以产生没有临时的支持(10,11]。尽管这些研究人员在嵌入式处理器的应用研究和3 d打印技术领域的日常生活中,大部分的研究没有考虑到嵌入式处理器和3 d印刷相关技术在实际应用中,可能会碰到。没有提出具体的解决方案的问题。
本文的创新在于(1)dlp3d印刷技术研究了基于嵌入式处理器,自动精密制造业及其应用进行了分析。(2)通过研究dlp3d印刷领域的基于嵌入式处理器制动精密制造,我们可以提供一些方法来实现更多的自动使用dlp3d印刷技术和高精密制造。(3)通过研究dlp3d印刷技术在自动精密制造,可以找到一些可能出现的问题。(4)通过改进存在的问题的研究,我们可以更好地促进dlp3d印刷技术的发展,基于嵌入式处理器领域的自动化和高精度制造。
2。DLP3D印刷的方法自动精密制造业的嵌入式处理器
2.1。嵌入式处理器
2.1.1。嵌入式处理器的基本概念
嵌入式处理器是由一台通用计算机的CPU。一个32位或更高的处理器是其特点,高性能、和相应的价格将上涨。嵌入式处理器与工业控制计算机相比,体积小的优点,重量轻,成本低,可靠性高12]。嵌入式系统是基于应用程序和计算机技术。它适应软件和硬件,适应功能、可靠性、成本和容量。这是一个专用的计算机系统,可以适应应用程序相关的功耗严格要求(13]。它可以实现控制、监视、管理、和其他功能的设备。这是面向用户、面向产品、面向应用的,结合先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和特定的应用程序在不同的行业。嵌入式系统内核小,简化系统,强大的特定功能,并要求特殊的开发工具和环境的开发。它的主要特点是它的目的或相关性(14]。换句话说,每一个嵌入式系统的开发和设计有特殊应用的可能性和特定功能。这也是嵌入式系统和通用计算机系统之间的主要区别。
嵌入式系统通常由四个部分组成:嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序软件。核心部分是嵌入式处理器。嵌入式处理器体系结构已经从CISC(复杂指令集)RISC(精简指令集)和RISC紧凑,和碎片的数量已逐渐由4、8、16和32位64位。嵌入式处理器通常使用包括低端嵌入微控制器、中端到高端嵌入式微控制器,嵌入式DSP处理器,和高度集成的嵌入式系统芯片分类(15]。有超过1000个处理器和世界上30多个系列。不同的处理器有不同的功能和优势,但对于嵌入式系统的应用程序,低成本,低功耗,高性能的特殊要求。目前,嵌入式处理器的主要类型是PowerPC, MC 6800 MIPS,手臂/膀臂系列。
2.1.2。嵌入式系统
嵌入式系统是一个以应用程序为中心的专用计算机系统基于最新的计算机技术。用户需求(功能、可靠性、成本、体积、功耗,环境,等等)是基于需求和通过软件和硬件模块可以灵活调整。在嵌入式系统开发过程中,每个处理器的硬件平台是普遍的,固定的,和成熟,所以在发展过程中硬件系统错误的可能性非常低。然而,不同的硬件系统有不同的操作系统的需求。如果内存需求不高,你可以选择一个操作系统的高兼容性。当操作系统的要求很高,需要更多的理性内核(16,17]。同时,嵌入式系统保护大量复杂信息的基本硬件,和开发人员可以完成大部分工作由操作系统提供的API函数。结果,极大地简化了开发过程,提高系统的稳定性18]。图1显示了嵌入式系统开发的基本流程图。
2.2。3 d打印技术
3 d打印技术,也称为添加剂制造技术和快速成型技术,是快速制造技术制造固体设备基于数字信号,使用粉状或液态金属,塑料,和其他粘性材料,和叠加一层一层地喷洒,挤压,融化,烧结,光固化,和其他方法。3 d打印技术也称为分层建模技术。3 d打印技术是生成三维物体的叠加和叠加层。同时,3 d打印技术包括计算机视觉、计算机图形学中,图形识别与智能系统、光电集成、复杂系统的自动控制和工程材料,和数据挖掘,是一个技术,包括机械学习和应用数字建模技术(19,20.]。近年来,3 d打印技术已广泛应用于航天、航空、汽车制造、医药、卫生、等领域。
3 d打印技术是基于一个三维模型,使用粘合剂来构建对象通过各层的印刷。3 d打印技术原理的最直观的体现是其设计的功能,编辑和控制软件。三维数字模型是一系列离散二维切薄表面和填充路径的模具如下:合理计划、过程和成型系统,积累材料层,并最终连接到3 d对象(21]。分层过程相当于高级数学微分操作,每一层的累积生产过程相当于高级数学一体化操作(22]。图2说明了3 d印刷过程。
流程流图所示2:建立三维数字模型的计算机软件系统的一部分,将三角网格模型转换为STL标准的文件,然后使用专业软件进行分层切片加工的STL模型,获得的扫描路径文件加载到3 d印刷设备生成模型,最后对模型进行后处理。
2.2.1。类型的3 d打印技术
根据不同的材料,3 d打印技术可分为金属印刷和非金属;根据不同的成型过程,3 d打印技术可分为选择性激光烧结(SLS),选择性激光熔化(SLM)和电子束融化(实证)、熔融沉积成型(FDM),有限元(SLA),和分层物体制造(LOM)。
2.2.2。DLP3D印刷
DLP数字光处理技术,该技术需要数字化处理图像信号首先,然后项目光。DLP 3 d印刷是一种成型技术、表面接触成型技术。DLP 3 d打印技术与有限元三维有许多相似之处(SLA 3 d)印刷成型技术。DLP 3 d打印技术使用高分辨率数字光处理(DLP)变硬液体感光性树脂。在层液体聚合物固化后,它会一直重复,直到最终完成模型(23]。DLP 3 d印刷成型技术通常使用光敏树脂作为3 d印刷材料。DLP相比有独特的优势与其他类型的3 d打印技术。这是一个技术完成视觉数字信息显示基于数字微镜DMD(数字微镜)由德州仪器(TI)。具体来说,DLP投影技术使用了数字微镜芯片(DMD)为主要关键处理元素实现数字光学处理过程。首先,光机固定减少移动部件的数量,和振动造成的偏差很小,与更高的精度和更好的稳定和产品可以生产24]。第二,可以制造更详细的部分。以珠宝为例,大批量生产印刷环在一定程度上可以降低制造成本,并可能失去蜡铸造后直接打印。产品的生产周期比产品的制造周期短。传统的加工时间增加了一倍多。受到低价格等因素的影响,印刷成本低,操作方便,3 d印制机基于DLP形成技术越来越被消费者接受。目前,DLP 3 d打印技术许多领域如医疗、建筑、交通运输、航空航天、考古学、教育、工业制造、宝石,和玩具(25,26]。但是事情总有两面性。当人们享受3 d打印技术带来的便利,我们必须面对的问题,3 d打印模型准确性和可靠性技术与谨慎的态度,并努力探索如何使该技术更好的服务。图3是DLP的原理和成品图三维激光成形技术。
2.2.3。SLA光固化立体成型
SLA过程可以说是世界上最早的3 d印刷过程,同时,它也是世界上第一个打印机使用过程。原理是激光与特定的波长和强度的光固化材料表面,使其固化从点到线,从线到面,完成水平剖面的绘制,然后一层的高度在垂直方向移动,继续巩固下一层,叠一层一层地形成一个三维的真正对象。SLA技术主要包括操作,比如初始构建三维模型,样本数据的处理,固化光敏树脂材料,后期处理的样品。该操作使用紫外激光器;大多数的原材料是光敏树脂(27]。激光头关注表面的光硬化材料,在计算机的控制下,e滑动运动,工作台只减少了层的厚度,和其他的液体树脂层覆盖在硬层,这层覆盖。之前建立一个完整的三维实体,这些操作将继续重复(28,29日]。图4显示了SLA光固化立体成型技术及其成品。
2.2.4。SLS选择性激光烧结
SLS技术主要利用红外激光产品生产。产品的原材料一般塑料、蜡、陶瓷、金属粉末,等。SLS使用烧结粉末材料激光的原理,计算机控制,和叠层烧结产品(30.]。首先,展开粉层,用刮刀抹,然后加热材料材料的熔点附近,然后使用一个红外激光选择性扫描和粉末烧结层,这样的温度达到熔点和熔化。后形成一层,降低表层厚度的高度,粉是扩散和烧结,直到形成三维产品(31日,32]。图5显示了SLA选择性激光烧结技术的原理及其成品。
2.2.5。FDM熔融沉积成型
FDM技术主要包括三维建模、数据处理、加热材料,熔化成型和后处理。技术原则是热丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金线)和溶解从喷嘴。一端有一个薄的喷嘴的喷嘴挤压材料具有一定的压力。在计算机的控制下,熔料将在工作台上,冷却后将形成一个产品层。喷嘴的高度上升到层厚度和继续融化,存款(33]。打开之前完成。最后,取出产品,把支持和执行后处理。简单地说,显然,FDM技术一样简单的旋转和挤压牙膏,而且价格相对便宜。因为大多数的技术系统桌面水平3 d印刷设备,和使用的原材料是聚乳酸(PLA),因此,设备成本和材料价格相对较低,而且没有使用脆弱的部分,如激光检流计,所以这项技术的操作和维护成本低;市场上几乎所有的桌面打印机使用这个程序,它是制造商的最喜欢的(34,35]。同时,该技术还具有操作简单的优点,成型速度快,良好的材料特性,简单的后处理。因此,FDM也广泛应用于骨科、颌面外科及其他相关医学领域。图6显示的原则FDM熔融沉积成型技术及其成品图。
2.2.6款。DLP3D技术的相关算法
(1)分层算法。引入分层算法时,有必要了解三角形的连续性的相关内容本身之间的三角脸DLP文件。
几何,三角本身是一个相对特殊的图,与区域连续性的特点,扫描线连贯性,边缘连续性[36]。三角形本身是一个凸区域的平面上,而且不需要证明的连续性。扫描线的连续性意味着当扫描线相交三角形贴片,必须由相交线扫描和线的交点连接双方的三角形37,38]。的连续性方面的进步的公式可以表示线段拦截了两个子层相交的三角形。例如,三角形的顶点坐标Q1 (a1, b1, c1), Q2 (a2、b2, c2),第三季(a3, b3, c3)。当前的子层的交集的高度 和协调Q1Q2边是( )。添加子层的层厚度之后,当前层的高度 ,和十字坐标是获得 。
的时间间隔Δ层之间的决定 ,和交点的坐标点可以获得类似的层的分层算法基于三角形的连续性。如果他们是在同一边,有一个渐进的公式。 在哪里一个一个和一个b比例系数,然后呢
从上面的公式
这两个和是常数由 。当片三角形的一边穿过T, T交叉的坐标只需要增多和分裂两次,和2 T需要添加。所有cross-node问题将得到解决。
(2)等距偏移算法。图像处理过程主要包括图像输入,功能分析,图像预处理,特征提取和结果输出。有五个步骤。图7是图像处理流程图。
本节主要介绍几种数字图像处理方法,如Sobel边缘检测和高斯平滑滤波器。(1)Sobel边缘检测
图像的边缘是图像信息的一个重要组成部分,包含内部信息,如轮廓,方向,和突然的变化。图像分割、分类和模式识别的基本操作是经常使用边缘检测。当使用一个图像采集装置获取图像,获得图像含有大量的高频噪声等因素造成的环境光,热噪声的图像元素,和电磁干扰。因此,为了提高分类或识别的准确性,必须对原始图像分类或识别前处理。使用边缘检测算法的性能可以有效地去除噪声,提高后期处理的准确性和稳定性。索贝尔算子使用卷积模板执行卷积操作对图像的处理对象实现边缘检测的效果。两个33这个操作符所使用的卷积模板如下所示。
在图像处理中,中央像素值记录 ,和函数矩阵约33所示。
使用Sobel算子的两个卷积模板计算中心像素附近的主导作用33在水平和垂直方向,计算如下。
根据绝对值加法原理,近似梯度值中心的像素可以从水平和垂直方向的一阶导数,计算如下。
索贝尔算子是广泛应用于数字图像处理通过其明显的效果和简单的计算。(2)膨胀和腐蚀
两个功能单元的数字图像形态学处理,它可以扩张和侵蚀结合,形成一个开放的操作(39]。通过先进的功能,比如闭路计算,它可以进一步形成数字图像形态学处理算法如填写,稀疏,粗。扩张操作和腐蚀操作的公式如下。
从上面的公式可以看出,膨胀的作用是加强鲜艳的颜色的面积,以及腐蚀的影响是加强暗颜色的范围。同样的形象,扩大和侵蚀的顺序和数量的计算不同,可以得到不同的计算结果。(3)高斯平滑滤波器
高斯模糊也称为高斯平滑。这是一个非常有效的低通滤波器和广泛而有效的应用于数字图像处理领域。二维高斯平滑滤波器是数字图像处理中经常使用的操作之一,和它的公式如下。
其中,标准偏差,和笛卡尔坐标,标准差的大小决定了图像的平滑处理结果。为了提高计算性能,滤波器的参数通常是预先计算。通常使用55的整数模板如下。
(3)轮廓偏移算法。轮廓的偏移量实际上是平行偏移的内外轮廓模型沿着不同的方向。关键问题是如何实现内部和外部轮廓的偏移生成扫描行,这样可以快速制造3 d打印机。3 d打印,因为模型的每一层的轮廓是通过相交的平面模型,也就是说,每一层的轮廓是由多个线段(40]。因此,两种情况发生偏移轮廓时,自交和断点。抵消后,限制不连接在一起。这种情况是由多行段的不均匀引起的。
的判断多边形的不均匀,外轮廓被选中为逆时针方向,定义为正方向,然后是两个相邻线路不均匀的审判。把任意两个向量和作为一个例子。假设向量和是两个相邻向量和连接在正方向,本文使用以下公式来判断连接的不均匀基于两个量的积:
叉积的几何意义,当外轮廓逆时针方向为正,如果 > 0,连接一个凸顶点;否则,它是一个凹顶点。因为自交和断点产生抵消的线段,直线偏移方法本文中使用一个算法来找到抵消后的第二点的坐标是基于三个已知点。线段M1M2如图8。
假设米5(xn,yn),米8(x米,y米),把坐标为下面的公式:
无论自交或断点,抵消后两线段的交点可以通过计算获得抵消后两线段的交点。线段的直线米5米8和米6米7可以得到:
通过这种方式,可以获得廉价的交点坐标,和每个交点的坐标可以反过来根据轮廓,然后连接到获得偏移轮廓。
2.3。精密制造
精密制造业主要包括精密和超精密加工技术和制造自动化。前者追求加工精度和表面质量的边界,而后者包括自动化产品设计、制造、管理。它不仅是快速响应市场需求,也是一个重要的手段提高工作效率和改善工作环境,以及一个有效的手段,以确保产品质量。这两个是密切相关的。许多精密和超精密加工依靠自动化技术。达到预期的目标,许多制造业自动化依赖精密加工功能。正确地意识到这和肯定。无论哪一种具有整体和决定性的作用,它是先进制造技术的支柱。在国内自动化和精密工业制造业、航空航天公司在自动化和精密制造、使用最和他们的要求更严格。
3所示。应用实验DLP3D打印的自动化精密制造业基于嵌入式处理器
3.1。DLP3D印刷模式的制造和加工
这个实验印刷圆形齿轮。有三个步骤打印圆柱齿轮的形状。先预热。印刷的样品需要在高温下融化。为了提高烧结质量和效率,3 d印刷设备必须在正式印刷前达到一定温度。因此,3 d印刷设备需要提前热身。接下来,进入项目数据。热身后,圆齿形数据文件输入电脑调整打印比例和配置的位置。所有参数设置完成后,3 d印刷设备将自动计算所需的印刷品和打印时间。最后,3 d打印机操作根据系统进程的参数和打印存款烧结一层一层地,直到整个印刷过程完成。
3.2。后处理DLP3D印刷外观
轮毂模式采取从3 d打印设备包装在石蜡和煤油需要清洗暴露部分。一些模具零件需要post-cured修复漏洞和缺陷。如果模具零件的精度比较高,模制品的表面需要打磨和抛光。这些过程统称为后处理。清洗是指部分剥落的过程支持和附件的印刷部分的部分暴露印刷部分的真实形状。零件的清洗过程是一个细致而复杂的工作。如果操作不当,部分会变形,这将影响零件的质量。表1的参数表是常用的超声波清洗设备。
3.3。DLP3D印刷外观检查
在这个实验中,使用光学CMM3D扫描仪扫描的形状牙齿模型,和日耳曼控制软件是用来比较扫描图像与原始图像文件获取测试数据,然后使用三座标测量仪比较轮子的形状和位置公差的形状。测量项目。
三维整体测量结果如表所示2和表3分别偏差值分布表和标准偏差值分布表。
的测量和结果分了三维表面如表所示4:
3.4。DLP3D印刷自动精密制造业的应用
作为一个高端印刷技术,DLP 3 d打印技术已经引起了各公司的注意。同时,公司正在相互竞争以抓住市场。DLP3S印刷技术逐渐发展和发达,工业和桌面产品已经开始出现。成型率和成型精度的3 d打印技术已经大大改善了。基于其核心技术DMD芯片,DLP已从最初的投影仪3 d印刷领域,意识到光敏树脂的橡胶加工,吸引了许多公司和制造商的注意。根据最近的海外研究,3 d打印时间缩短了几十遍,其实打开门DLP 3 d打印技术的发展。值得一提的是,DLP 3 d打印技术的应用已逐渐从原型转换为直接生产。据统计世界DLP的3 d技术服务提供者和DLP 3 d系统制造商,高端精密零件的直接制造的比例的DLP 3 d打印营业利润逐年增加。表5显示了自动化的应用和发展高端精密制造DLP近年来3 d技术。
4所示。应用程序分析DLP3D印刷自动精密制造业基于嵌入式处理器
4.1。检验结果DLP3D打印模式
通过实验在这篇文章中,三维检查已进行的模式由DLP3D印刷技术印刷。根据测试结果,牙模式下数据统计DLP3D印刷技术,如图9。
从图可以看出9三维整体的偏差在-0.0667和0.0667之间,占最大的比例,总比例的60%以上。从数值计算的角度偏差的点在三维表面,2和2之间的偏差值占最大的比例,达到75%以上。一般来说,三维数值测量结果的偏差远小于传统的施工方法。
4.2。应用程序分析DLP3D打印的自动化精密制造
根据DLP3D印刷技术调查和研究,我们获得的产值增长3 d打印技术近年来的全球年产值DLP3D印刷技术近年来(1亿美元),如图10。
根据图10,我们可以得出结论,3 d打印技术的发展已成为近年来越来越快,和年产值已达到增加超过20%。3 d打印技术的发展,DLP3D印刷技术也快速的发展,尤其是在2018 - 2019年;输出的值增加了25%以上。
根据表5,一幅DLP3D印刷技术的应用在高精度自动化等行业可以绘制,如图11。
根据图11的输出值,我们知道DLP3D印刷技术在自动化和高密度行业近年来逐年增加,和DLP3D印刷领域的应用程序,使用高端技术和医学应用,均占10%。
4.3。应用分析DLP3D印刷技术在自动化精密制造
通过调查DLP3D印刷技术在自动化精密制造、自动化精密印刷的产品DLP3D进行测量,测量结果如图12。
根据图12,可以得出的结论是,偏差值的材料印刷DLP3D基于嵌入式处理器通常在0.01和0.1之间,低于15.6%的材料印刷的其他技术。
5。结论
本章详细描述了更常见的3 d打印技术及其分类,结合现有设备条件打印这个实验的牙齿模型,并详细介绍了一些常见的算法3 d打印技术;此外,在本文的实验中,样品DLP3D印刷技术印刷的详细分析,本文最后得出结论:材料的偏差值和基于嵌入式处理器DLP3D印刷的材料明显低于其他技术印刷,这是15.6%。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。
的利益冲突
作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。