超大尺寸双线程并行FDM打印机结构设计及研究

发布时间：2020-05-05 13:22

【摘要】：近年来3D打印技术迅猛发展,FDM(Fused Deposition Modeling)技术在产品设计、零件加工和医疗技术等领域的应用也愈加广泛。国内的FDM技术研究起步较晚,在打印机打印尺寸、精度和速度上仍存在一定的技术限制。针对这些限制,本文设计研制了一款超大尺寸双线程并行FDM打印机,并对该打印机的动态特性和运动精度进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作:(1)进行了FDM打印机整机结构设计。首先,确定了打印机的设计方案,并将打印机划分为五大功能模块;然后,对这些功能模块逐一进行设计,其中主要包括了喷头模块设计、XY轴模块设计、工作平台设计、Z轴模块设计和机架模块设计等;最后,对一些关键部件进行了静力学分析,验证了其承载能力达到设计要求。(2)进行了FDM打印机横梁结构优化设计。首先根据横梁的传动形式,完成了横梁的初步结构设计。为了提高横梁的静动态性能,利用Workbench对横梁进行了拓扑优化设计,并建立了新的横梁结构。为了进一步减小横梁质量,以横梁静态变形和第一阶固有频率为约束条件,横梁质量为优化目标,对横梁进行了尺寸优化,分析了各个尺寸参数对结果的影响,最终获得横梁最优的结构尺寸方案。(3)进行了FDM打印机横梁部件的动态特性分析。首先,根据Hertz接触理论,通过弹簧阻尼单元建立了导轨结合面和齿轮齿条接触的等效模型,完成了结构的预应力模态分析;然后,采用力锤激励法完成了横梁部件的模态试验,验证了有限元模型的准确性。最后,通过横梁部件的谐响应分析,得到其在各阶固有频率下的位移频响曲线,验证了横梁部件动刚度满足设计要求。(4)进行了FDM打印机刚柔耦合动力学分析。首先,基于刚柔耦合动力学理论,建立了FDM打印机的动力学模型;然后,基于Hertz接触理论和Coulomb摩擦理论,确定了齿轮齿条的接触参数;同时通过加速度测试,获得了关键测点的加速度时域、频域信号,验证了动力学模型参数设置的正确性;最后,通过分析仿真结果,得到了打印机的运动精度,验证了打印机的运动精度符合设计要求。本文不仅完成了超大尺寸双线程并行FDM打印机的结构设计,而且通过仿真和实验相结合的方法,分析并验证了该打印机的性能满足设计要求,对超大尺寸FDM打印机的国产化开发与研究具有十分重要的意义。
【图文】：

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1-2 BigRep ONE 工业级 FDM 打温措施，主要针对于 PLA 等的材料，打印时容易翘边。在工作的机器，，因此对于打料。创公司研发的The Box工业级Z轴均采用 Rexroth 直线运动打印尺寸为 1500mm×1100m度可达 1200mm/s。采用了热塑料膜方便模型脱离，可为为 50 万欧元（约 385 万人民币

工业级,打印机

图 1-2 BigRep ONE 工业级 FDM 打印机隔温措施，主要针对于 PLA 等收缩较高的材料，打印时容易翘边。同时止正在工作的机器，因此对于打印超换料。es 初创公司研发的The Box工业级 FXYZ轴均采用 Rexroth 直线运动模组最大打印尺寸为 1500mm×1100mm×速度可达 1200mm/s。采用了热真空特殊塑料膜方便模型脱离，可为不同约为 50 万欧元（约 385 万人民币）。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.8

【参考文献】