FDM成型关键装备及工艺实验研究

发布时间：2017-12-24 07:21

本文关键词：FDM成型关键装备及工艺实验研究　出处：《青岛科技大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：增材制造技术通过材料累加的设计理念,实现复杂结构产品的个性化定制与加工,为制造行业带来了新的生产模式和商业模式,全球市场规模持续快速增长,已逐步发展成为新一轮科技革命和产业变革的重大机遇。熔融沉积成型(FDM)技术作为增材制造工艺主要类别之一,依靠设备结构简单、运行成本低、环境污染小等优点在桌面级3D打印机市场占有重要比例,但该技术存在着打印速度慢、成型精度低、材料性能要求高等问题,限制了其进一步的发展与应用,FDM技术关键装备及成型工艺的研究对于快成型速度、高成型精度和广材料选择的市场需求提供了有效的解决途径。课题主要针对FDM技术熔融挤出装置结构和成型工艺参数进行研究,旨在通过装置结构的设计和工艺参数的优化来提高制品成型速度、改善制品成型精度、扩大材料加工范围。本文所做主要工作内容和研究成果如下:(1)理论研究柱塞式挤出装置熔融机理,分析成型丝材在熔融过程中的相态转变和压力损失,从熔融时间的角度分析丝材挤出速度上限和影响因素;实验研究取向方式、填充路径、填充间距、轮廓重叠、分层高度等工艺参数对成型制品力学性能和表面质量精度的影响,得出具体影响规律并对其原因进行了相应分析,为成型过程相关工艺参数的选择提供参照与指导。(2)成型制品表面质量主要受到沉积丝材的轮廓边缘效应影响,研究期望通过设计新型内凹孔喷嘴来替代现有圆孔喷嘴来降低轮廓边缘效应,提高制品表面精度。文章通过设定挤出丝材轮廓为正方形截面,利用POLYFLOW软件进行逆向挤出模拟,预测喷嘴孔口模形状,进而得到内凹孔喷嘴结构尺寸完成加工,最后利用加工完成的新型喷嘴进行试样打印成型,实验对比分析表明,新型内凹孔喷嘴可以有效减小制品表面粗糙度,显著改善表面质量精度。(3)设计气压式挤出装置,依靠气体压力实现低粘度材料的熔融挤出,在熔腔结构设计的基础上,进行流场的流动性模拟分析,得出熔体材料的流动速度和压力变化规律,同时实验研究分析气压式挤出装置的出丝速度、出丝直径等性能随温度和压力参数因素的变化规律。(4)设计立式螺杆式挤出装置,依靠螺杆转动过程的加热和剪切作用实现颗粒材料的熔融挤出。首先完成螺杆、机筒、机头等装置结构的尺寸设计,同时为保证装置的连续性喂料,增设螺旋叶片结构施加轴向力完成强制喂料;其后利用POLYFLOW软件进行螺杆流场的流动性模拟分析,研究速度、压力、剪切速率变化规律,优化结构参数的设计与加工,顺利实现高粘度颗粒材料的熔融挤出;最后对装置进行了挤出性能实验研究,得到螺杆式挤出装置出丝速度和直径的变化影响规律,为后期制品的打印成型提供了参数依据。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH16

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