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

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 欧阳名三,余世杰,郑诗程,苏建徽;户用光伏电源模糊自适应PID控制的研究[J];电力电子技术;2003年02期

2 白瑞祥,陈晓艳,费春国;模糊自适应PID控制及控件实现[J];仪器仪表学报;2003年S2期

3 陈晓冲,王万平;常规PID控制和模糊自适应PID控制仿真研究[J];机床与液压;2004年12期

4 董红生;模糊自适应PID控制器的设计[J];仪器仪表用户;2005年03期

5 蒋红武;麦云飞;;模糊自适应PID控制在电液伺服万能试验机中的应用[J];机械制造;2007年10期

6 殷云华;樊水康;陈闽鄂;;自适应模糊PID控制器的设计和仿真[J];火力与指挥控制;2008年07期

7 易杰;;模糊自适应PID控制器的设计及应用研究[J];制造业自动化;2009年09期

8 任毅;朱笑聪;赵克;孙力;;模糊自适应PID控制方法分析及仿真研究[J];伺服控制;2011年01期

9 张安明;;模糊自适应PID在船舶汽柴机组并联电站中的应用研究[J];上海船舶运输科学研究所学报;2012年01期

10 郭磊;陈文会;刘小民;;模糊自适应PID在汽车底盘测功机中的仿真研究[J];电子设计工程;2013年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王晓枫;;模糊自适应PID电液位置伺服系统研究[A];全国冶金自动化信息网2009年会论文集[C];2009年

2 白瑞祥;陈晓艳;费春国;;模糊自适应PID控制及控件实现[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

3 王贵成;汪勇;张占胜;常静;徐心和;;自适应模糊PID控制器的设计[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集（Ⅰ）[C];2008年

4 张胜利;安连祥;;一种模糊自适应PID控制器的仿真研究[A];'2002系统仿真技术及其应用学术论文集（第四卷）[C];2002年

5 郑时;郑文;金霞;;基于模糊自适应神经推理的区域经济瓶颈诊断系统[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

6 黄银萍;唐志勇;;工程机械电液比例阀控制系统模糊PID控制器研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年

7 卢京潮;张家明;蔡华;;飞机横侧向通道模糊自适应调参控制律设计[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年

8 胥良;郭松林;孙桂兰;李忠勤;;基于预测模型的模糊自适应PID控制器在有源电力滤波器中的应用[A];第十届中国科协年会论文集（二）[C];2008年

9 郭荣祥;沙峰;赵金凤;;模糊自适应PID控制在换热站自动控制中的研究[A];自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C];2008年

10 杨学友;穆慧灵;陈坤红;张屹;施婕;李锋凯;;模糊PID算法控件的简化实现[A];全国冶金自动化信息网2013年会论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 杜文吉;模糊控制系统中的若干关键问题研究[D];西安电子科技大学;1999年

2 缪志农;基于状态空间方法的自适应模糊控制研究[D];西南交通大学;2006年

3 郝万君;模糊建模与控制及其在电厂热工自动控制中的应用[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 方炜;空天飞行器再入飞行的模糊自适应预测控制[D];南京航空航天大学;2008年

5 张松涛;模糊多模型船舶运动控制系统的研究[D];大连海事大学;2006年

6 王志勇;基于模糊混沌的板形识别与控制技术的研究[D];燕山大学;2006年

7 韩京元;非线性板球系统的监督分层智能自适应控制算法研究[D];吉林大学;2014年

8 吴学礼;两类非线性过程的智能控制方法及其应用研究[D];华中科技大学;2005年

9 杨光友;混合粒子群优化及其在嵌入式智能控制中的应用[D];武汉理工大学;2006年

10 张青;育果袋成型装备测控系统研究[D];河北农业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张恒;基于模糊PID的电热前床控制系统研究与设计[D];昆明理工大学;2015年

2 黄西密;无人艇建模及操纵运动仿真的研究[D];大连海事大学;2015年

3 司亚楠;罐装SO_2用于制糖澄清工段的硫熏强度模糊PID控制系统研究[D];广西大学;2015年

4 张若谷;蒸汽锅炉燃烧系统不同工况特性分析及控制方案研究设计[D];广西大学;2014年

5 陈优;基于模糊-PID的ATO系统速度控制算法的研究[D];湘潭大学;2015年

6 王士力;基于节能控制系统的模糊自适应PID研究[D];齐齐哈尔大学;2015年

7 沈建新;基于模糊自适应PID的水处理PH值控制系统设计[D];吉林大学;2015年

8 边志坚;模糊PID在铸锭炉温控系统中的应用研究[D];河北科技大学;2015年

9 林琳;中央空调蒸发器建模与控制研究[D];沈阳工业大学;2016年

10 徐宁;维生素C生产过程中浓缩工段温度控制研究[D];河北科技大学;2015年

  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。

本文编号：331957