现代工业对产品性能的要求越来越高,由单一材料构成的零件已经难以应用于一些特殊服役环境,为满足零件的功能及性能需求,人们提出“异质材料零件”的概念,是指零件内部由多种材料连续或非连续分布所构成的功能性零件。随着增材制造技术的发展,多材料增材制造技术应运而生,为此类零件的制备提供了一种新方法。该技术可以成型具有复杂材料属性和更多功能的异质材料零件,如具有明显材料间隔的多材料零件、材料呈梯度分布的功能梯度零件以及复合材料零件等。本文面向实际成型过程,针对复杂零件异质材料模型表达方法、离散方法和路径规划方法进行了理论分析与研究,设计开发了一款具有自主知识产权的软件系统,实现了异质材料零件的模型可视化、切片及路径生成等功能,为基于多材料增材制造技术的异质材料零件制造提供了技术基础。主要完成以下工作:1.将STL文件结合材料映射的建模思想,通过建立几何空间与材料空间的映射关系,选取模型的几何特征作为梯度参考、构建以几何距离为自变量的材料分布函数,通过材料组分值和相应函数即可确定与给定材料组分值对应的几何空间,实现了异质材料模型几何信息结合材料信息的完整表达;分别针对单一维度材料变化、多维独立变化和多维复合变化这三类材料映射的数学表述,提出针对性处理对策;建立了材料分布区域划分和区域内材料组分的表示方法。2.从增材制造技术流程中抽象出离散材料成型过程,提出实体离散方法,首先对模型进行一维体离散得到各层轮廓,再对每层轮廓进行平面二维离散后得到内部离散点,筛选离散点并填充成三维离散单元实现模型的体数据绘制,最后为离散模型添加材料属性,实现异质材料实体可视化。3.基于离散单元提出制造优先与材料精度优先这两种不同的成型路径,针对前者,把复杂材料区域划分成一系列材料属性近似的子区域,将各子区域按照单材料成型过程进行区域填充,引入费马螺旋路径以实现区域内连续填充;针对后者,将材料精度进一步提高后,等材料区域的“填充路径”转化为等材料单元的“连点路径”,引入碰撞检测理论实现了多喷头打印。4.在Visual Studio开发平台下利用Python实现了3D打印参数设置用户界面、利用C++进行模型数据处理,基于Open GL等图形库实现模型可视化、分层处理及路径生成等功能,最终生成快速成型设备所能识别的数据文件。