第39卷第6期华南理工大学学报(自然科学版)J0urnaI0fs0uthchinauniversity0fTechn0I0gy

y0I.39 N0.61000一S6SX(2011)06一0013一0S文章编号:

基于sLM从图像直接制造金属浮雕的方法

刘杰 杨永强 宋长辉

(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州S10640)

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摘 要:为避免传统雕刻式金属浮雕加工过程中的材料浪费,实现金属浮雕的快速制造,

(sLM)提出了一种基于选区激光熔化的从图像直接制造金属浮雕的方法.针对现有浮雕

(VTK)(sPGL)设计软件对sLM支持不足的缺点,利用可视化工具包和扫描路径生成库

开发了用于sLM的浮雕设计制造软件.该软件具有3D浮雕建模、浮雕模型切片、扫描路径生成和加工代码生成等主要功能,能够将图像直接转化成用于sLM设备的加工代码.为利用sLM分层制造的优点,减少材料消耗,文中还探讨了空心浮雕的直接制造过程.最后用316L不锈钢粉在sLM设备上进行了金属浮雕的加工实验.结果表明,文中方法是可行的.

关键词:选区激光熔化;金属浮雕;图像;空心浮雕;可视化工具包;扫描路径生成库

doi:10.3969/j.i55n.1000一S6SX.2011.06.003中图分类号:TN249;TF124

浮雕是雕塑与绘画结合的产物.它采用压缩的

办法来处理对象,靠透视等因素来表现三维空间,能很好地保持三维物体在某个观测角度的外型轮廓和视觉效果,具有很强的艺术表现力.浮雕的应用已经遍及人类生活的各个方面,例如建筑装演、标识匾

「1一2〕

.针对金属材料的浮雕制钱币、工艺制品等牌、

品,大多采用雕刻的方式进行加工.雕刻属于材料去除加工方法,会造成材料的浪费,违反绿色制造的理念;此外,铝、镁、工具钢、钨钢和钦等金属材料难加

用它们很难雕刻出理想的效果.工,

(sLM)选区激光熔化是一种利用金属粉末直接

制造相对密度接近100%的近终端产品的新型快速

「3一8〕

.成型工艺,属于当前快速成型领域的研究热点

采用光纤激光器的sLM设备,输出激光光斑能聚焦到30一S0协m,非常适合于精密金属零件成型.与雕

(1)刻相比,采用sLM加工浮雕具有3个主要优点:

sLM属于添加式制造,能有效避免雕刻中的材料浪(2)sLM属于分层式制造,费;能制造任意复杂度的形状,可用来制造具有空心结构的浮雕,以减少材料

(3)sLM属于激光加工,消耗;理论上能被激光熔化

收稿日期:2010一11一2S

的材料都可以用于加工,能制造出更多种材质的浮

雕.因此,本研究基于sLM从图像直接制造金属浮雕.这对推动sLM技术的发展、扩展激光加工的应用领域和促进绿色制造有着重要的意义.

1 基于sLM从图像直接制造金属浮

雕的原理

基于sLM从图像直接制造金属浮雕主要包括S

(见图1).个步骤

步骤1 3D浮雕的建模 根据图像的灰度与视觉效果的映射关系,将灰度信息转化成深度值,建立3D浮雕模型.

步骤2 浮雕模型的切片 将3D浮雕模型按sLM的加工高度方向,每隔一定的间隔用平面与3D模型相交,提取截面的轮廓信息,生成切片层.间隔大小按照具体工艺要求选定.

步骤3 sLM扫描路径的生成 根据具体工艺要求,将每层的轮廓用一定间隔的线段进行填充,并将线段按照一定的规则连接起来形成sLM加工过

(2010A090200072);*基金项目:广东省教育部产学研结合重点项目华南理工大学优秀博士学位论文创新基金

作者简介:刘杰(1983一),男,博士生,主要从事激光加工与激光快速成型研究.E一mail:jie.liu.5Cut@gmail.Com