熔融沉积快速成型出丝系统关键技术研究

发布时间：2017-04-28 03:02

  本文关键词：熔融沉积快速成型出丝系统关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)作为快速成型技术中一个较为成熟的技术,因其具有结构简单、体积小、成本低和无污染等特点,得到了广泛的应用。但是,在实际FDM成型过程中,会因为出丝系统工作稳定性较差,而出现喷头堵塞、漏丝和流涎等问题,这些问题都会直接关系到成型过程能否顺利进行,并对成型件的表面质量有较大影响。针对以上问题,本文对FDM出丝系统的一些关键技术进行研究。论文的主要内容如下：首先,对FDM出丝系统的总体功能要求进行分析,根据具体的功能设计要求,分别从机械结构设计、温度控制模块设计和出丝控制策略这三个方面制定整体设计方案。其次,对现有FDM出丝系统机械结构的一些缺陷进行分析,并提出结构优化方案。针对现有送料装置存在的问题,提出一种弹簧自适应送料装置；根据熔体在流道中的沿程阻力分析结果,完成加热块和喷嘴的结构设计；为降低喷头堵塞的可能性,提出一种内置聚四氟乙烯管的进料喉管；为保证送丝机构对料丝进给的准确控制,给出料丝进料长度与步进电机控制步数的转换关系。再次,针对现有FDM出丝系统温度控制存在的一些弊端,提出采用模糊自适应PID控制方法替换原有常规PID控制方法,并对这两种方法的实际应用结果进行比较,结果表明模糊自适应PID控制方法的的控制效果超调量更小,趋于平稳的速度更快。最后,分析与FDM出丝系统密切相关的一些工艺参数对成型件表面质量的影响,提出出丝系统出丝控制策略的优化方案,通过设计标准试件,进行正交试验,得到一系列FDM成型件,分析出丝控制策略对各成型件的影响,最终得到较优的出丝控制策略。本文所设计的FDM出丝系统有效地解决了FDM成型过程中经常出现的喷头堵塞、漏丝和流涎等问题,保证了成型过程的顺利进行,并使得成型件表面质量有了明显地提高。
【关键词】：熔融沉积成型 出丝系统 模糊PID 工艺参数
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内外FDM技术研究现状9-11
• 1.2.1 FDM设备发展状况9-10
• 1.2.2 FDM新工艺、新材料和新方法的研究10-11
• 1.3 FDM出丝系统关键技术研究现状11-13
• 1.3.1 出丝系统挤出方式研究现状11
• 1.3.2 温度控制技术研究现状11-13
• 1.3.3 工艺参数优化研究现状13
• 1.4 论文研究内容及重难点13-15
• 1.5 论文组织结构15-17
• 第二章 FDM出丝系统总体方案的设计17-21
• 2.1 FDM出丝系统总体功能要求分析17
• 2.2 FDM出丝系统总体方案的设计17-20
• 2.2.1 机械结构总体方案的设计18
• 2.2.2 温度控制模块的方案设计18-20
• 2.2.3 出丝控制策略的优化20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 出丝系统机械结构的设计与实现21-33
• 3.1 送料装置的设计21-25
• 3.1.1 送料装置设计方案的制定21-22
• 3.1.2 摩擦轮驱动力分析及设计22-24
• 3.1.3 送料装置机械结构的设计24-25
• 3.2 加热及喷嘴的设计25-29
• 3.2.1 流道中熔体沿程阻力的分析25-27
• 3.2.2 加热块的设计27-28
• 3.2.3 喷嘴的结构设计28-29
• 3.2.4 进料喉管的结构设计29
• 3.3 风向转换风道的设计29-30
• 3.4 送料装置驱动模块的设计与实现30-31
• 3.4.1 步进电机与微步控制30-31
• 3.4.2 步进电机对料丝的驱动31
• 3.5 本章小结31-33
• 第四章 基于模糊自适应PID控制的温度控制模块的设计与实现33-45
• 4.1 PID控制方法及其局限性33-35
• 4.1.1 PID控制33-34
• 4.1.2 常规PID控制在FDM出丝系统温度模块中的应用及其局限性34-35
• 4.2 模糊自适应PID控制器的设计35-39
• 4.2.1 模糊控制器35-37
• 4.2.2 模糊自适应PID控制器的设计37-39
• 4.3 基于模糊自适应PID控制的温度控制模块的实现39-44
• 4.3.1 温度控制模块数学模型的建立39-40
• 4.3.2 温度控制系统Simulink仿真40-41
• 4.3.3 温度控制模块的软件实现41-43
• 4.3.4 模糊自适应PID控制与常规PID控制的实际应用比较与分析43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 出丝控制策略的分析与优化45-55
• 5.1 影响成型件表面质量的一些工艺参数的分析45-46
• 5.2 出丝控制策略优化方案的提出46-47
• 5.3 出丝控制策略优化方案的验证与分析47-53
• 5.3.1 试验设备及条件47-48
• 5.3.2 标准试件的设计48-49
• 5.3.3 试验方法49-50
• 5.3.4 试验结果及分析50-53
• 5.4 本章小结53-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55
• 6.2 展望55-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-62

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