基于FDM工艺的金字塔点阵制造及性能研究

发布时间：2020-10-17 08:43

　　 复合材料点阵夹芯结构因其高比强度、高比刚度、质轻的特点,且其内部开放、贯通的空间,在航空航天、舰船、体育器材、建筑设施和医疗材料等诸多领域得到了广泛关注。本文通过研究易于原位脱模的可溶性模芯制造工艺,提出基于FDM工艺的连续融丝成型方法,利用其喷头的内径即为所成型芯体杆件的直径,将水溶性金字塔点阵模芯作为点阵芯体中斜杆与横杆的支撑体来一体成型制备金字塔点阵夹芯结构,并且对该一体成型的金字塔型点阵夹芯结构进行了力学性能测试和分析。具体工作如下:首先,在绪论中,对目前复合材料点阵结构的制备和力学性能的国内外研究现状进行了回顾和评述,从中提出本课题要解决的关键问题,并阐述其研究意义。其次,通过对在不同工艺参数下制备的水溶性芯模的压缩强度和水溶性能进行测试,结果表明:当采用浓度为35%的PVP溶液作为水溶性芯模的胶粘剂,用粒径为200-300目的石英砂作为增强材料,按照18:100的胶砂质量比制备胶砂预混料,然后在130℃的温度条件下对水溶性芯模进行加热干燥至恒重所制备的水溶性芯模可以满足后期金字塔点阵夹芯结构制作中对压力的要求,且此时的芯模表面质量较好。另外,在水温60℃时,该工艺参数下制备的水溶性芯模水溶性能也很好。接下来,本文在以往金字塔点阵夹芯结构研究工作的基础上,采用基于FDM工艺的连续融丝成型方法,利用其喷头内径即为所成型芯体杆件的直径,在水溶性金字塔点阵芯模上连续制备成型金字塔点阵芯体的杆件。先通过对金字塔点阵芯体的成型路径进行分析,编写出对相应的G.code文件,导入3D打印机来制备点阵芯体,并探究不同工艺参数下的成型质量,得出:当喷嘴温度为220℃,成型室温度为50℃,运动速度为450mm/min时,在水溶性芯模上制备出的金字塔点阵芯体成型质量良好。最后,对面板和点阵芯体一体成型的金字塔点阵夹芯结构分别进行了平压、侧压和弯曲性能试验,观察其失效模式并将试验所得结果与理论结果进行了分析对比。在平压载荷的作用下,夹芯结构的主要失效模式为杆件的断裂;弯曲载荷下,夹芯结构的主要失效模式为面芯间的剪切破坏;在侧压载荷的作用下,主要是面芯节点间的脱粘失效和芯体杆件的受剪断裂。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB33;V261
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题研究的背景及意义
    1.3 复合材料点阵夹芯结构的研究现状
        1.3.1 复合材料点阵夹芯结构的制备工艺
        1.3.2 复合材料点阵夹芯结构的力学性能
    1.4 增材制造技术
    1.5 水溶性芯模材料
    1.6 本文研究的主要内容
2 水溶性芯模材料的制备和性能研究
    2.1 水溶性金字塔点阵芯模的制备
        2.1.1 主要原料和仪器设备
        2.1.2 水溶性芯模的制备工艺
    2.2 水溶性芯模材料的压缩性能
        2.2.1 压缩强度测试
        2.2.2 PVP溶液浓度对芯模压缩性能的影响
        2.2.3 烘干温度对芯模压缩性能的影响
        2.2.4 胶砂质量比对芯模压缩性能的影响
        2.2.5 石英砂粒径对芯模压缩性能的影响
    2.3 水溶性芯模材料的水溶性能
        2.3.1 水溶性芯模材料水溶性能试验方法
        2.3.2 PVP溶液浓度对芯模水溶性能的影响
        2.3.3 胶砂质量比对芯模水溶性能的影响
        2.3.4 水温对芯模水溶性能的影响
        2.3.5 石英砂粒径对芯模水溶性能的影响
    2.4 本章小结
3 金字塔点阵夹芯结构的制备
    3.1 金字塔点阵夹芯结构芯体的相对密度
    3.2 制备工艺流程
        3.2.1 芯体的制备
        3.2.2 面芯连接
    3.3 本章小结
4 金字塔点阵夹芯结构的力学性能研究
    4.1 复合材料杆件和面板的基本性能
        4.1.1 金字塔点阵夹芯结构杆件的性能
        4.1.2 金字塔点阵夹芯结构面板的性能
    4.2 金字塔点阵夹芯结构的平压性能
        4.2.1 金字塔点阵夹芯结构平压理论分析
        4.2.2 金字塔点阵夹芯结构平压性能测试
    4.3 金字塔点阵夹芯结构的侧压性能
        4.3.1 金字塔点阵夹芯结构侧压理论分析
        4.3.2 金字塔点阵夹芯结构侧压性能测试
    4.4 金字塔点阵夹芯结构的弯曲性能
        4.4.1 金字塔点阵夹芯结构三点弯曲理论分析
        4.4.2 金字塔点阵夹芯结构三点弯曲性能测试
    4.5 本章小结
5 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2844554