陶瓷无模直写增材设备研究与应用
发布时间：2021-07-06 19:42
增材制造技术作为一种新的制造方式,可实现陶瓷材料的小批量和个性化加工成型。高固相质量分数的陶瓷材料在增材制造过程中,存在着生产工艺可靠性差和陶瓷制品良品率不高的问题,限制了增材制造在陶瓷材料领域的规模化应用。据此,以增材制造为基础,进行了陶瓷无模直写增材设备的研究与应用,借助计算机辅助设计的手段,实现了陶瓷材料在无需模具情况下,即可完成陶瓷材料的定制化加工成型。首先,分析了现有增材制造领域陶瓷材料的成型方式,采用陶瓷无模直写成型技术方案。考虑到陶瓷无模直写增材设备的应用场景,设计了模块化的XYZ运动平台。针对高固相质量分数陶瓷浆料成型难的问题,开发出气压与螺杆挤出的复合型挤出机构,实现了陶瓷材料的稳定可控挤出。然后,针对陶瓷无模直写的特点,提出了基于扫掠曲线的陶瓷无模直写模型建模方法。通过采集鼠标输入曲线的方式,得到了轮廓线和扫掠线,结合算数平均滤波算法和自相交检测算法,用户只需输入三条曲线即可完成多自由度的打印模型建模。最后,根据生成的陶瓷无模直写模型,直接生成陶瓷无模直写的打印路径。同时,提出了高度差约束的干涉碰撞检测算法和自适应倾角流量控制挤出算法。本研究开发出了建模和打印一体化...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－ｌＣＥＲＡＭＢＯＴＰｒｏ桌面级陶瓷打印机和打印作品??尽管增材制造技术以及打印材料己经得到飞速发展，但用于増材制造的建模??
ｉｔｉｉ交检测?建??Ｌ??：?￣１?ｉ?■＇?—Ｉ?＇?模???１?１?＃??陶浇模Ｍｉｌ立?＾??，?ｉ?５??｜打印路径生成规划｜?＊—???ｒｚｚｚｒｚｚｚｉ??打???？???１?１?印??自迠闷倾角挤出．？？：法?遵々约也碰摘党法?路??；?／￣７??■…「?￣：?＝???－??ｔｅ??打印文件ｙ＝出?ｇ???１?＾算??打印文验?法?????ｆ???图１－２论文研宄体系??本论文的主要研究内容包括：??（１）陶瓷无模直写增材设备研发??依据陶瓷成型方式的特点，开发出了面向高固相质量分数的陶瓷无模直写成??型设备。该样机由三轴运动框架和挤出打印喷头组成，运动框架采用模块化进行??开发设计，提升了系统的稳定性。从材料本身固有属性出发，分析了陶瓷浆料的??流变特性，并据此确定了陶瓷无模直写增材设备挤出喷头的结构参数，使其满足??陶瓷无模直写成型需求，最终通过实验进行了验证。??（２）基于扫掠曲线的建模打印一体化陶瓷无模直写成型应用研宄??本文利用扫掠曲线作为建模工具，在考虑打印约束的情况下连接了建模和打??印过程，将用户的设计意图直接转换为陶瓷无模直写的打印文件。针对陶瓷无模??９??
山东大学硕士学位论文??「——丨「—一丨「—福涵＂一丨??！卜隹藤｜！?！?｜嵌硬々牛式｜！?！?｜新拆｜！??？???Ｉ?？？???｜?？！???｜??Ｉ路径规划Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ喷头模块丨??Ｉ?Ｉ?Ｉ??；???｜?１?｜?！??」??图２－１陶瓷无模直写增材设备平台??陶瓷无模直写的机械系统和控制系统，共同决定了陶瓷无模直写设备的性能。??结合陶瓷无模直写设备的实际应用场景，设备应满足表２－１的技术指标。???表２－１陶瓷无模直写设备技术指标????指标?参数?指标?参数???技术原理?ＤＩＷ?喷嘴?０？?６－２ｍｍ??打印材料?陶陶瓷材?打印精度?０．１ｍｍ??料??成型空间?ｌＯＯｘｌＯＯｘ?１００ｍｍ?打印速度?３０ｍｍ／ｓ??２．２陶瓷无模直写増材设备机械系统??机械系统是陶瓷无模直写增材设备的关键，一个稳定的机械系统才能为后续??操作提供可靠地硬件支撑。本文的机械结构采用ＸＹＺ笛卡尔坐标系的运行结构，??由于打印的材料为陶瓷浆料，而陶瓷浆料为非牛顿流体，考虑到非牛顿流体的流??变特性，容易坍塌，同时还具备一定程度的剪切变稀的特性，选择让打印平台只??做Ｙ轴方向运动，将喷头固定在ＸＺ的运行框架上，让打印挤出头只在ＸＺ平面??内运动。这样可在一定程度上确保打印完成部分模型的稳定性，同时还可以保证??打印平台运行的稳定性。??ＸＹＺ三轴运行平台的精度是决定陶瓷无模直写成型精度的关键因素之一。实??现平台运动的机械结构有多种方案，常见的有导轨－同步带、导轨－丝杆等。导轨??－丝杆的传动方案相较于其他的传动方式
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物3D打印——从形似到神似[J]. 贺永,高庆,刘安,孙苗,傅建中. 浙江大学学报(工学版). 2019(03)
[2]气压与螺杆挤出复合型陶瓷无模直写系统开发[J]. 刘文强,万熠,宋清华,王继来,张承瑞,刘战强. 机电工程. 2018(10)
[3]增材制造可降解人工骨的研究进展——从外形定制到性能定制[J]. 邵惠锋,贺永,傅建中. 浙江大学学报(工学版). 2018(06)
[4]陶瓷3D打印机喷头结构设计与仿真分析[J]. 丁承君,吴畏,朱智辉. 天津工业大学学报. 2017(04)
[5]陶瓷材料与结构增材制造技术研究现状[J]. 梁栋,何汝杰,方岱宁. 现代技术陶瓷. 2017(04)
[6]陶瓷增材制造（3D打印）技术研究进展[J]. 黄淼俊,伍海东,黄容基,邓欣,伍尚华. 现代技术陶瓷. 2017(04)
[7]石墨烯基储能材料的增材制造研究进展[J]. 何博,潘宇飞,陆敏. 材料导报. 2017(13)
[8]FDM 3D打印挤出螺杆设计及应用研究[J]. 杨磊,马睿,黄部东,徐云龙. 铸造设备与工艺. 2017(03)
[9]3D打印机挤出头螺旋输送螺杆设计[J]. 赵强. 科技与创新. 2017(11)
[10]陶瓷3D打印技术的研究与进展[J]. 李亚运,司云晖,熊信柏,邹继兆,曾燮榕. 硅酸盐学报. 2017(06)
博士论文
[1]3D打印活性陶瓷骨修复支架研究[D]. 邵惠锋.浙江大学 2017
[2]陶瓷无模直写成型技术的研究[D]. 李亚运.清华大学 2015
硕士论文
[1]基于草图的三维建模系统综述[D]. 丁超.中国科学技术大学 2016
[2]粘度和间隙对精密螺杆泵点胶胶量影响规律研究[D]. 江朋.中南大学 2008
本文编号：3268856
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－ｌＣＥＲＡＭＢＯＴＰｒｏ桌面级陶瓷打印机和打印作品??尽管增材制造技术以及打印材料己经得到飞速发展，但用于増材制造的建模??
ｉｔｉｉ交检测?建??Ｌ??：?￣１?ｉ?■＇?—Ｉ?＇?模???１?１?＃??陶浇模Ｍｉｌ立?＾??，?ｉ?５??｜打印路径生成规划｜?＊—???ｒｚｚｚｒｚｚｚｉ??打???？???１?１?印??自迠闷倾角挤出．？？：法?遵々约也碰摘党法?路??；?／￣７??■…「?￣：?＝???－??ｔｅ??打印文件ｙ＝出?ｇ???１?＾算??打印文验?法?????ｆ???图１－２论文研宄体系??本论文的主要研究内容包括：??（１）陶瓷无模直写增材设备研发??依据陶瓷成型方式的特点，开发出了面向高固相质量分数的陶瓷无模直写成??型设备。该样机由三轴运动框架和挤出打印喷头组成，运动框架采用模块化进行??开发设计，提升了系统的稳定性。从材料本身固有属性出发，分析了陶瓷浆料的??流变特性，并据此确定了陶瓷无模直写增材设备挤出喷头的结构参数，使其满足??陶瓷无模直写成型需求，最终通过实验进行了验证。??（２）基于扫掠曲线的建模打印一体化陶瓷无模直写成型应用研宄??本文利用扫掠曲线作为建模工具，在考虑打印约束的情况下连接了建模和打??印过程，将用户的设计意图直接转换为陶瓷无模直写的打印文件。针对陶瓷无模??９??
山东大学硕士学位论文??「——丨「—一丨「—福涵＂一丨??！卜隹藤｜！?！?｜嵌硬々牛式｜！?！?｜新拆｜！??？???Ｉ?？？???｜?？！???｜??Ｉ路径规划Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ喷头模块丨??Ｉ?Ｉ?Ｉ??；???｜?１?｜?！??」??图２－１陶瓷无模直写增材设备平台??陶瓷无模直写的机械系统和控制系统，共同决定了陶瓷无模直写设备的性能。??结合陶瓷无模直写设备的实际应用场景，设备应满足表２－１的技术指标。???表２－１陶瓷无模直写设备技术指标????指标?参数?指标?参数???技术原理?ＤＩＷ?喷嘴?０？?６－２ｍｍ??打印材料?陶陶瓷材?打印精度?０．１ｍｍ??料??成型空间?ｌＯＯｘｌＯＯｘ?１００ｍｍ?打印速度?３０ｍｍ／ｓ??２．２陶瓷无模直写増材设备机械系统??机械系统是陶瓷无模直写增材设备的关键，一个稳定的机械系统才能为后续??操作提供可靠地硬件支撑。本文的机械结构采用ＸＹＺ笛卡尔坐标系的运行结构，??由于打印的材料为陶瓷浆料，而陶瓷浆料为非牛顿流体，考虑到非牛顿流体的流??变特性，容易坍塌，同时还具备一定程度的剪切变稀的特性，选择让打印平台只??做Ｙ轴方向运动，将喷头固定在ＸＺ的运行框架上，让打印挤出头只在ＸＺ平面??内运动。这样可在一定程度上确保打印完成部分模型的稳定性，同时还可以保证??打印平台运行的稳定性。??ＸＹＺ三轴运行平台的精度是决定陶瓷无模直写成型精度的关键因素之一。实??现平台运动的机械结构有多种方案，常见的有导轨－同步带、导轨－丝杆等。导轨??－丝杆的传动方案相较于其他的传动方式
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物3D打印——从形似到神似[J]. 贺永,高庆,刘安,孙苗,傅建中. 浙江大学学报(工学版). 2019(03)
[2]气压与螺杆挤出复合型陶瓷无模直写系统开发[J]. 刘文强,万熠,宋清华,王继来,张承瑞,刘战强. 机电工程. 2018(10)
[3]增材制造可降解人工骨的研究进展——从外形定制到性能定制[J]. 邵惠锋,贺永,傅建中. 浙江大学学报(工学版). 2018(06)
[4]陶瓷3D打印机喷头结构设计与仿真分析[J]. 丁承君,吴畏,朱智辉. 天津工业大学学报. 2017(04)
[5]陶瓷材料与结构增材制造技术研究现状[J]. 梁栋,何汝杰,方岱宁. 现代技术陶瓷. 2017(04)
[6]陶瓷增材制造（3D打印）技术研究进展[J]. 黄淼俊,伍海东,黄容基,邓欣,伍尚华. 现代技术陶瓷. 2017(04)
[7]石墨烯基储能材料的增材制造研究进展[J]. 何博,潘宇飞,陆敏. 材料导报. 2017(13)
[8]FDM 3D打印挤出螺杆设计及应用研究[J]. 杨磊,马睿,黄部东,徐云龙. 铸造设备与工艺. 2017(03)
[9]3D打印机挤出头螺旋输送螺杆设计[J]. 赵强. 科技与创新. 2017(11)
[10]陶瓷3D打印技术的研究与进展[J]. 李亚运,司云晖,熊信柏,邹继兆,曾燮榕. 硅酸盐学报. 2017(06)
博士论文
[1]3D打印活性陶瓷骨修复支架研究[D]. 邵惠锋.浙江大学 2017
[2]陶瓷无模直写成型技术的研究[D]. 李亚运.清华大学 2015
硕士论文
[1]基于草图的三维建模系统综述[D]. 丁超.中国科学技术大学 2016
[2]粘度和间隙对精密螺杆泵点胶胶量影响规律研究[D]. 江朋.中南大学 2008
本文编号：3268856
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3268856.html
