基于FDM工艺的双喷头设备开发及工艺参数研究

发布时间：2017-07-05 01:08

  本文关键词：基于FDM工艺的双喷头设备开发及工艺参数研究

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【摘要】：快速成型(RP: Rapid Prototype)是一类利用增材原则从CAD数据直接制造实体零件技术的总称。熔融沉积制造(FDM: Fused Deposition Modeling)使用具有热塑性的丝状材料来进行实体零件的逐层沉积制造,具有成本低、设备轻巧、环境友好等诸多优点。但是FDM有其自身的缺点,例如制件速度不高、需要打印支撑导致后处理困难以及制件精度低。 本文设计了一款具有高速打印,支撑容易去除的双喷头FDM设备。双喷头FDM的开发主要包括：机械系统、控制系统、软件系统、成型材料的开发。本文主要针对设备的机械结构设计以及优化进行详细的介绍,并对设计出的设备进行工艺参数优化以提高制件的最终精度。 首先,分析传统设备的结构,设计了X-Y平面内的同步带十字传动方式,降低了光杆导轴的受力载荷以及运动过程中的变形。将一体式的喷头拆分为挤丝装置与高温喷头两部分,进行模块化的设计,进一步降低了运动部件的质量。通过三维实体设计软件对结构设计中各零部件进行设计和虚拟装配。 其次,在对FDM工艺制件误差进行了详细的研究后,设计了特有的实验样品,以所设计的双喷头FDM设备为实验平台,进行了田口实验,研究不同参数组合下样品五个重要尺寸的变化。为了获得提高制件整体精度的最佳工艺参数,又对试验数据进行了灰色关联分析,获得整体尺寸最优的工艺参数组合,取得了理想的效果。 本文的内容具有一定的工程实用价值,对于同类结构的设计和优化具有重要的参考作用。参数优化的方法在进一步提升FDM工艺或者开发其他工艺方法上都能使用,同时也能在航空、汽车、制药等行业的过程控制中广泛运用。
【关键词】：双喷头FDM 结构设计 误差分析 参数优化
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH16;TP391.72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 快速成型技术概述8-12
• 1.1.1 快速成型技术发展8-9
• 1.1.2 快速成型技术分类9-10
• 1.1.3 快速成型技术应用10-12
• 1.2 熔融沉积制造12-14
• 1.2.1 熔融沉积制造的特点12-13
• 1.2.2 国内外FDM工艺的研究现状13-14
• 1.3 本文研究内容及意义14-15
• 1.4 本文结构15-16
• 第2章 双喷头FDM设备总体设计16-24
• 2.1 双喷头FDM工艺成型工艺16-17
• 2.2 双喷头FDM系统概述17-18
• 2.3 双喷头FDM系统机械系统18-20
• 2.4 双喷头FDM系统控制系统20-21
• 2.5 双喷头FDM系统软件系统21-22
• 2.6 成型材料22-23
• 2.7 本章总结23-24
• 第3章 FDM工艺双喷头设备机械设计24-40
• 3.1 三轴运动方式设计25-36
• 3.1.1 常用三轴运动方式分析25-27
• 3.1.2 三轴传动方式的设计27-28
• 3.1.3 双喷头FDM设备三轴运动设计28-36
• 3.2 喷头设计36-38
• 3.2.1 喷头结构的优化设计36-37
• 3.2.2 喷头滑动装置设计37-38
• 3.3 整机的虚拟设计38-39
• 3.3.1 整机系统的虚拟装配38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 FDM工艺制件误差分析40-50
• 4.1 快速成型的精度40
• 4.1.1 快速成型系统的精度40
• 4.1.2 FDM工艺制件的精度40
• 4.2 影响FDM零件精度的因素40-49
• 4.2.1 制件误差产生原因分类41
• 4.2.2 成型机理产生的误差41-44
• 4.2.3 前期数据处理误差44-47
• 4.2.4 成型材料误差47
• 4.2.5 成型设备误差47-48
• 4.2.6 成型工艺产生的误差48
• 4.2.7 后处理产生的误差48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 基于田口实验与灰色关联分析的参数优化50-68
• 5.1 工艺参数介绍50-53
• 5.1.1 成型温度参数51
• 5.1.2 出丝参数51-52
• 5.1.3 层片沉积参数52-53
• 5.2 实验介绍53-57
• 5.2.1 待测样品设计54-55
• 5.2.2 工艺参数的选择55
• 5.2.3 直交表的制定55-56
• 5.2.4 成型试验以及数据记录56-57
• 5.3 数据分析方法57-67
• 5.3.1 数据无量纲处理58-59
• 5.3.2 灰色关联系数计算59
• 5.3.3 灰色关联度计算59
• 5.3.4 数据分析结果59-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-69
• 6.1 论文总结68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-73
• 在读期间发表的学术论文及研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：519964