铸造蜡3D打印机的设计与研究

发布时间：2020-05-23 00:12

【摘要】：熔模铸造作为一种相对节能环保的制造方法,因制得的零件精度高、加工余量小等优点得到业界普遍认可,但相对复杂的模具设计及制作过程却延长了研发时限。因此在保证质量的前提下如何快速制作蜡件成为人们关注的焦点。而科技的迅猛发展使得增材制造技术应运而生并开始应用于各领域。通过对现有快速成形方法的原理、生产流程的研究,发现采用激光烧结或光固化技术,材料成本较高、制件易收缩变形;此外,生产时焙烧树脂材料的操作还会引发环境污染问题;而通过熔融沉积工艺制作的模型则可用于实际的铸造生产中。因此采用熔融沉积技术打印蜡件具有重要的实用价值。基于此背景,开展了以铸造蜡为原材料的3D打印机的设计及试验工作。首先,根据对铸造蜡物理化学性能的研究和分析,选择了6108中温蜡作为实验材料。在剖析挤出成型机理必要条件的同时,借助差式扫描量热仪和粘度计对蜡料的熔点和粘度进行测定及分析,在理论上验证了铸造蜡用于快速成型工艺的可行性;另外,前期的准备试验也证实了铸造蜡满足3D打印对材料的使用要求。因此从理论和实际操作两方面来评判,后续研究是可行的。其次,运用TRIZ理论剖析了整机的功能需求,归纳总结出设计要点,并据此将整个系统划分成机械系统、供料挤出系统、加热系统、控制系统四部分。之后,借助TRIZ理论中的冲突分析、物-场分析法分别对供料挤出系统、加热系统的主要矛盾进行了分析求解,确定采用远程输料的方式,并根据物-场分析法改进了输料管的固定装置,同时依据创新原理将加热部分的控制系统设计成开关与PID控制复合的方法来提高控温精度。还利用Fluent软件对储料罐、输料管的保温性能分别进行了热分析,确定了出料管的布置位置及保温措施的合理性。并对打印的填充方式进行了对比,选择了强度、稳定性适中的线性填充方式,通过修改Creatbot软件生成的程序,实现了G代码的转化。据此完成整机的试制及调试。最后,以线宽值为评判标准对影响蜡件成型效果的五个因素:注蜡温度、输料温度、喷头温度、打印速度、挤出压力进行了综合试验。单因素试验分析了各要素对线宽值的影响趋势,选定了各要素的三个较优水平;而对七因素三水平正交试验的数据分析,则确定了注蜡温度为58℃、输料温度为60℃、喷头温度为65℃、转速为1800mm/min,挤出压力0.06MPa为打印工艺参数的最优水平组合;显著性影响因素是输料温度、打印速度、挤出压力。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG249.5

【参考文献】