桌面化快速成形系统MEM200-D设计与动态结构优化

发布时间：2020-06-20 18:48

【摘要】： 当前，作为快速成形技术的两大发展方向之一，桌面化快速成形系统已成为国内外快速成形领域的研究热点。所谓桌面化，就是要求系统适合于办公应用，具有成本低、速度快、体积小、重量轻、噪音小等特点。作者在研究了国外多种典型的桌面化快速成形系统的工艺、特点之后，结合自身的技术优势和设计经验，选择熔融挤压制造工艺(Melted Extrusion Manufacturing，简称MEM)作为国内第一台桌面化快速成形系统MEM200-D的成形工艺，同时应用机械电子学产品设计方法，结合桌面化快速成形系统的特点，以模块化设计思想完成了MEM200-D桌面化熔融挤压成形系统的总体方案设计、结构布局设计和零部件设计。作者通过大量的MEM工艺实践发现，喷头做高速扫描运动时产生的惯性力对机架的冲击及相应引起的剧烈振动是降低造型精度、加速设备老化的主要因素。桌面化快速成形系统不仅需要在高速扫描时保证足够的精度，还需要尽可能地减小振动和噪声。因此，必须对振动问题进行全面而深入的研究。本文在深入分析MEM工艺过程之后，找出喷头扫描运动产生的惯性力的频率范围。然后，运用实验模态分析方法对现有熔融挤压成形设备的振动性能进行深入研究。通过比较系统的固有频率与喷头扫描的惯性激振力频率，找出MEM工艺设备剧烈振动的根本原因并得到相应的抗振设计准则。本文按照MEM工艺设备的抗振设计准则，利用有限元动力计算的方法，对MEM200-D机架进行结构动态设计，并进行静力学强度验证。对样机机架进行的实验模态分析表明，该设计满足抗振设计准则，同时也验证了有限元模型的可靠性。在此基础上，进一步对机架结构有限元模型进行整体优化和局部优化，得到既满足抗振设计准则又能有效减轻结构重量的优化设计方案。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH16
【图文】：

发展方向,原型制造,快速成形技术

图 1-2 RP 行业的发展方向念型与生产型念型成形技术发展的最初动因即为企业提供能够表达设计思想制造与应的直观物理模型经过将近二十年的研究与发展快速成形技术当多的工艺方法和应用领域但是原型制造仍然是快速成形技术在主要部分随着技术的进步和市场需求的增加人们对原型制造的作的易用性可靠性都提出了更高的要求原型制造正朝着低成操作无污染适合于办公应用的方向发展[10]通常将这种能够造表达设计思想直观展示物理概念的原型制造方法称为概念型

示意图,示意图,喷头,成形

Quadra 在其工艺方案的选择上有较大的创新与突破它将传统 RP 成形工中两种不同的工艺喷射成形与光固化成形结合起来便同时兼具二者优点由于喷射材料为液态的光敏树脂喷射装置就可以采用目前发展已经十成熟的喷墨打印机喷头从而使得喷射的精度质量可靠性都能得到很好的障并且喷头对成形位置的精确控制降低了对光源的要求从而降低成而传统的光固化工艺要求对激光的焦距焦点进行精确的控制对光学振镜系和控制系统的要求很高该工艺最具创新性的地方是采用了阵列式喷头在同一时刻能有多达 1个喷嘴进行喷射不仅很好的保证了成形精度也保证了高的成形速度巧妙协调了 RP 工艺中精度与效率不能兼顾的难题据统计 Quadra 每层成形仅2~12 秒完成一英寸高的零件通常不超过一个小时采用阵列式喷头的另一优点是简化了 CAD 模型分层后的数据格式使用简单的位图格式进行控制各喷嘴的喷射不仅简单可靠也避免了传统工艺中的复杂的扫描路径规划问Prodigy 是美国 Stratasys 公司开发的桌面化快速成形设备它采用的

【引证文献】