基于FDM技术3D打印机的设计与研究

发布时间：2017-05-07 13:05

  本文关键词：基于FDM技术3D打印机的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自3D打印技术问世以来,3D打印机便成为3D技术领域的前瞻性产品,并逐步成为一项新型的主流加工技术。3D打印机的发展不仅成为未来世界新的创造性科技,更是掀起了世界性制造业革命的热潮,不仅改变了多年来制造业的生产方式,也进入到我们的日常生活。3D打印机作为一种高科技设备,综合应用了CAD技术、CAM技术、激光学、光化学及材料科学等诸多方面的科学与技术。它使得产品设计、工业设计、建筑设计及医疗用品设计等领域的研发者,能够快捷方便地获得三维实物模型,方便后期的设计。目前3D打印机的发展和推广仍然有着广阔的空间,同时也面临着诸多困难和挑战,尤其在设备成本、成型材料、打印精度、打印速度和打印效率等方面需要进行更加深入的探索与研究。针对现有3D打印机效率低、精度差及原材料昂贵等不足,深入分析3D打印机的工作机理,设计新型基于熔丝沉积成型(FDM)技术3D打印机,提出三喷嘴挤出机构,改善现有3D打印机中的不足。根据各部分功能的不同对3D打印机的机械结构进行模块划分,分别对挤出机构、送丝机构、伺服系统以及温度控制系统等进行研究,并对核心结构进行仿真分析。对基于FDM技术3D打印机进行零部件的设计及整机装配,为3D打印机的仿真分析及进一步改进提供数模；针对3D打印机核心机构(挤出机构)及结构进行设计,研究出三喷嘴挤出机构、柱塞泵式挤出机构和滑片泵式挤出机构；对3D打印机承载零部件的强度及刚度等性能进行分析,检验所设计机械结构的可靠性；对挤出机构进行流体仿真分析,模拟3D打印机工作时机构内部流体的实际运动情况,验证三喷嘴挤出机构的可行性；对3D打印机的控制流程进行研究,分析3D打印机工作时挤出机构、送丝机构及伺服机构等分工协作流程,确保3D打印机工作的稳定性。通过对基于FDM技术3D打印机进行研究与设计,既提高其成型精度及成型速度,又改善丝材容易堵丝、溢流、断流以及设备昂贵等问题。通过打印样件对所研制3D打印机进行实验测试,经验证可知,基于FDM技术3D打印机达到了项目的设计要求,为开发具有自主知识产权的高精度、高效率且低成本的3D打印机提供理论依据。
【关键词】：FDM 3D打印 三喷嘴挤出机构 泵式挤出机构 仿真分析
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.8
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 选题来源及背景6
• 1.1.1 论文选题来源6
• 1.1.2 基于FDM技术的3D打印机研究目的及意义6
• 1.2 基于FDM技术3D打印机国内外发展现状6-10
• 1.2.1 基于FDM技术3D打印机国外发展现状6-8
• 1.2.2 基于FDM技术3D打印机国内发展现状8-10
• 1.3 课题研究内容10-12
• 第二章 工作机理分析以及总体设计12-15
• 2.1 基于FDM技术3D打印机工作机理分析12-13
• 2.2 基于FDM技术3D打印机总体设计13-14
• 2.3 本章小结14-15
• 第三章 基于FDM技术3D打印机核心机构及结构设计15-34
• 3.1 基于FDM技术3D打印机三喷嘴挤出机构设计15-26
• 3.1.1 基于FDM技术3D打印机喷嘴结构设计16-17
• 3.1.2 单个挤出机构的设计17-24
• 3.1.3 三喷嘴挤出机构设计方案的选择及排布24-26
• 3.2 基于FDM技术3D打印机送丝机构设计26-28
• 3.3 基于FDM技术3D打印机加热装置设计28-29
• 3.4 基于FDM技术3D打印机传动机构设计29-32
• 3.5 基于FDM技术3D打印机工作平台设计32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 基于FDM技术3D打印机承载零部件静力学有限元分析34-41
• 4.1 基于FDM技术3D打印机承载零部件有限元模型的建立34-35
• 4.2 基于FDM技术3D打印机承载零部件网格划分35-37
• 4.3 基于FDM技术3D打印机承载零部件有限元分析37-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 基于FDM技术3D打印机的流体力学分析41-57
• 5.1 基于FDM技术3D打印机挤出机构内部流体分析41-56
• 5.1.1 活塞式挤出机构内部流体速度场与温度场分析41-48
• 5.1.2 滑片泵式挤出机构内部流体速度场与温度场分析48-53
• 5.1.3 柱塞泵式挤出机构内部流体速度场与温度场分析53-56
• 5.2 本章小结56-57
• 第六章 基于FDM技术3D打印机控制系统研究及实验验证57-66
• 6.1 控制流程设计57-59
• 6.1.1 切片控制流程设计57
• 6.1.2 工作控制流程设计57-59
• 6.2 伺服控制系统59-61
• 6.2.1 步进电机及其工作原理60
• 6.2.2 步进电机优点60-61
• 6.3 温度控制系统61-63
• 6.3.1 加热元件及其工作原理61-63
• 6.3.2 温控系统及其组成63
• 6.4 实验验证63-65
• 6.5 本章小结65-66
• 第七章 总结与展望66-68
• 7.1 全文总结66
• 7.2 研究展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 作者简介72
• 攻读硕士期间研究成果72-73

【参考文献】

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本文编号：349893