基于ANSYS仿真的FDM 3D打印成型件精度研究
发布时间：2021-02-26 15:24
随着社会的进步,市场对个性化产品的要求越来越高,快速成型技术（RPM,Rapid Prototyping Manufacturing）由于其能够快速将所想之物转化为具有一定功能的模型或可直接使用的零件的能力,一开始产生就迅速被社会认可并逐渐普及起来,而熔融沉积建模（FDM,Fused Deposition Modeling）是几种成熟且应用最广泛的快速成型工艺之一。本文以FDM 3D打印机为研究对象,以提高成型件的打印精度为目标,集合目前的3D打印机的结构,设计了FDM 3D打印机的喷头和导向管结构,并针对影响打印精度的相关打印参数进行了研究,分析选取了最优的打印参数。本文具体研究工作和成果如下:（1）通过田口方法研究了FDM 3D打印机喷头结构对其出口速度稳定性的影响,利用ANSYS fluent软件对喷嘴流场进行仿真,得出喷嘴内流场的速度变化云图、出口速度和出口速度方差,并用实验验证,得出了稳定出口速度下的高精度成型件。（2）对于FDM 3D打印机喷嘴系统,在打印过程中,打印材料提前软化,打印和成型部件不能及时冷却,导致打印精度差。对喷嘴结构进行了改进和优化,利用ANSYS软件对优...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展方向
1.2.1 FDM 3D打印国内外研究现状
1.2.2 FDM 3D打印机喷嘴研究现状
1.2.3 FDM 3D打印冷却及散热问题研究现状
1.2.4 FDM 3D打印机打印参数研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 研究结构
1.5 本章小结
第2章 FDM 3D打印机工作原理与仿真理论分析
2.1 FDM 3D打印机原理及工作过程分析
2.1.1 FDM 3D打印机工作原理
2.1.2 其他3D打印技术原理及特点介绍
2.1.3 FDM 3D打印技术特点
2.2 传热学理论基础
2.2.1 热传学概述
2.2.2 热传导的基本方式
2.3 流场分析理论基础
2.3.1 质量守恒方程
2.3.2 能量守恒方程
2.4 本章小结
第3章 FDM 3D打印喷头出口速度对成型件精度的影响
3.1 建立FDM 3D打印喷头模型
3.1.1 FDM 3D打印原理分析
3.1.2 田口方法与FDM 3D打印喷头几何模型的构建
3.2 FDM 3D打印喷头出口速度流场仿真分析
3.2.1 Fluent仿真前处理
3.2.2 Fluent仿真设置
3.2.3 Fluent仿真结果
3.3 FDM 3D打印喷头出口速度对成型件精度结果分析
3.3.1 数据分析
3.3.2 试验验证
3.4 本章小结
第4章 FDM 3D打印喷头导向管对成型件精度的影响
4.1 FDM 3D打印喷头温度场仿真分析
4.1.1 FDM 3D打印喷头温度场仿真的前处理
4.1.2 FDM 3D打印喷头温度场仿真结果分析
4.2 FDM 3D打印横移导轨热力学仿真
4.2.1 FDM 3D打印横移导轨热力学仿真的前处理
4.2.2 FDM 3D打印横移导轨热力学云图分析
4.3 导向管结构优化与仿真分析
4.3.1 喷头的改进
4.3.2 仿真结果
4.3.3 改进前后仿真对比
4.4 改进前后导向管对成型件精度结果分析
4.4.1零件的成型实验
4.4.2 实验数据的对比分析
4.5 本章小结
第5章 FDM 3D打印机打印参数对成型件精度的影响
5.1 打印参数的选择及正交试验的设计
5.1.1 打印参数的选择
5.1.2 正交试验的设计
5.2 FDM 3D打印成型实验
5.2.1 FDM 3D打印及参数设置
5.2.2 成型件的打印
5.2.3 数据的测量
5.3 打印参数对成型件精度的结果分析
5.3.1 打印参数对高度误差的影响
5.3.2 打印参数对平面度误差的影响
5.3.3 打印参数对圆度误差的影响
5.3.4 打印参数对圆柱度误差的影响
5.3.5 打印参数对翘曲变形的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文、专利
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术发展现状[J]. 樊昱,李芬霞,郭峰,张新涛,高晓婷. 世界有色金属. 2017(22)
[2]3D打印技术前沿进展[J]. 徐照鑫. 中国战略新兴产业. 2017(48)
[3]FDM型3D打印机喷头优化设计[J]. 闵畅,李锦,沈新明,刘佳丽,刘洋. 黑龙江科学. 2017(21)
[4]FDM工艺参数对制件表面质量的影响分析与实验研究[J]. 梁松松,张弓,侯至丞,王卫军,王建,李均,顾星,韩彰秀. 制造技术与机床. 2017(11)
[5]基于FDM的3D打印翘曲变形优化研究[J]. 曹师增,宋发成,刘元义,王宏甲,孙伯乾. 塑料工业. 2017(10)
[6]基于模糊PID的FDM型3D打印机喷头温度控制系统[J]. 胡亚南,祁广利,霍蛟飞,王鹏文. 包装工程. 2017(19)
[7]基于FDM的3D打印参数优化实验研究[J]. 吕福顺,刘肖肖,程祥,郑光明,杨先海. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[8]基于磁制冷的FDM型3D打印机喷头的研究与设计[J]. 张毅,王兴迪,王莎,李盼盼. 塑料工业. 2017(07)
[9]基于ANSYS模拟的FDM不同喷头温度下的工艺分析[J]. 王野. 现代制造技术与装备. 2017(07)
[10]岩芯3D打印装置的喷嘴优化设计[J]. 赵弘,张岩,张毅然. 石油机械. 2017(07)
博士论文
[1]熔融沉积制造精度及快速模具制造技术的研究[D]. 邹国林.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]熔融沉积快速成型出丝系统关键技术研究[D]. 童炜山.东南大学 2015
[2]FDM快速成型过程熔体及喷头的研究[D]. 黄江.内蒙古科技大学 2014
[3]电动汽车车身外流场理论与仿真分析[D]. 吴增文.哈尔滨工业大学 2014
[4]3D打印喷头的温度分析及控制策略研究[D]. 王柏通.湖南师范大学 2014
本文编号：3052779
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及发展方向
1.2.1 FDM 3D打印国内外研究现状
1.2.2 FDM 3D打印机喷嘴研究现状
1.2.3 FDM 3D打印冷却及散热问题研究现状
1.2.4 FDM 3D打印机打印参数研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 研究结构
1.5 本章小结
第2章 FDM 3D打印机工作原理与仿真理论分析
2.1 FDM 3D打印机原理及工作过程分析
2.1.1 FDM 3D打印机工作原理
2.1.2 其他3D打印技术原理及特点介绍
2.1.3 FDM 3D打印技术特点
2.2 传热学理论基础
2.2.1 热传学概述
2.2.2 热传导的基本方式
2.3 流场分析理论基础
2.3.1 质量守恒方程
2.3.2 能量守恒方程
2.4 本章小结
第3章 FDM 3D打印喷头出口速度对成型件精度的影响
3.1 建立FDM 3D打印喷头模型
3.1.1 FDM 3D打印原理分析
3.1.2 田口方法与FDM 3D打印喷头几何模型的构建
3.2 FDM 3D打印喷头出口速度流场仿真分析
3.2.1 Fluent仿真前处理
3.2.2 Fluent仿真设置
3.2.3 Fluent仿真结果
3.3 FDM 3D打印喷头出口速度对成型件精度结果分析
3.3.1 数据分析
3.3.2 试验验证
3.4 本章小结
第4章 FDM 3D打印喷头导向管对成型件精度的影响
4.1 FDM 3D打印喷头温度场仿真分析
4.1.1 FDM 3D打印喷头温度场仿真的前处理
4.1.2 FDM 3D打印喷头温度场仿真结果分析
4.2 FDM 3D打印横移导轨热力学仿真
4.2.1 FDM 3D打印横移导轨热力学仿真的前处理
4.2.2 FDM 3D打印横移导轨热力学云图分析
4.3 导向管结构优化与仿真分析
4.3.1 喷头的改进
4.3.2 仿真结果
4.3.3 改进前后仿真对比
4.4 改进前后导向管对成型件精度结果分析
4.4.1零件的成型实验
4.4.2 实验数据的对比分析
4.5 本章小结
第5章 FDM 3D打印机打印参数对成型件精度的影响
5.1 打印参数的选择及正交试验的设计
5.1.1 打印参数的选择
5.1.2 正交试验的设计
5.2 FDM 3D打印成型实验
5.2.1 FDM 3D打印及参数设置
5.2.2 成型件的打印
5.2.3 数据的测量
5.3 打印参数对成型件精度的结果分析
5.3.1 打印参数对高度误差的影响
5.3.2 打印参数对平面度误差的影响
5.3.3 打印参数对圆度误差的影响
5.3.4 打印参数对圆柱度误差的影响
5.3.5 打印参数对翘曲变形的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文、专利
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术发展现状[J]. 樊昱,李芬霞,郭峰,张新涛,高晓婷. 世界有色金属. 2017(22)
[2]3D打印技术前沿进展[J]. 徐照鑫. 中国战略新兴产业. 2017(48)
[3]FDM型3D打印机喷头优化设计[J]. 闵畅,李锦,沈新明,刘佳丽,刘洋. 黑龙江科学. 2017(21)
[4]FDM工艺参数对制件表面质量的影响分析与实验研究[J]. 梁松松,张弓,侯至丞,王卫军,王建,李均,顾星,韩彰秀. 制造技术与机床. 2017(11)
[5]基于FDM的3D打印翘曲变形优化研究[J]. 曹师增,宋发成,刘元义,王宏甲,孙伯乾. 塑料工业. 2017(10)
[6]基于模糊PID的FDM型3D打印机喷头温度控制系统[J]. 胡亚南,祁广利,霍蛟飞,王鹏文. 包装工程. 2017(19)
[7]基于FDM的3D打印参数优化实验研究[J]. 吕福顺,刘肖肖,程祥,郑光明,杨先海. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[8]基于磁制冷的FDM型3D打印机喷头的研究与设计[J]. 张毅,王兴迪,王莎,李盼盼. 塑料工业. 2017(07)
[9]基于ANSYS模拟的FDM不同喷头温度下的工艺分析[J]. 王野. 现代制造技术与装备. 2017(07)
[10]岩芯3D打印装置的喷嘴优化设计[J]. 赵弘,张岩,张毅然. 石油机械. 2017(07)
博士论文
[1]熔融沉积制造精度及快速模具制造技术的研究[D]. 邹国林.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]熔融沉积快速成型出丝系统关键技术研究[D]. 童炜山.东南大学 2015
[2]FDM快速成型过程熔体及喷头的研究[D]. 黄江.内蒙古科技大学 2014
[3]电动汽车车身外流场理论与仿真分析[D]. 吴增文.哈尔滨工业大学 2014
[4]3D打印喷头的温度分析及控制策略研究[D]. 王柏通.湖南师范大学 2014
本文编号：3052779
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3052779.html
