FDM快速成型过程熔体及喷头的研究

发布时间：2017-08-09 16:24

  本文关键词：FDM快速成型过程熔体及喷头的研究

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【摘要】：随着社会需求的增长和科学技术的发展，全球统一市场和经济全球化的逐步形成，产品生产与销售的竞争愈来愈激烈。产品的上市时间是制造业市场竞争的焦点之一，因此要求有更短的产品设计周期，并按照客户的个性化需求获得具备一定性能的样品，最终形成市场需要的定型产品。当前，对应新的需求制造业需要不断取得新的进展和突破性革命，在这样的社会背景下促进了快速成型这种新的技术的产生与发展。熔融沉积快速成型（FDM）在先进制造技术领域已得到广泛的应用并在不断的发展过程中。目前，它已成为快速成型技术研究的热点，并在相关领域得到应用。 文中以熔融沉积成型（FDM）的螺杆对高聚物熔体的挤出过程为研究路线，首先对熔体在螺杆挤出过程中的流变行为及影响因素进行了理论研究及模拟分析，在此基础上改进挤出螺杆的相关参数，以此提供更加优化的螺杆挤出方案。 本文主要研究工作如下： 1.恒定的温度是保证快速成型的重要条件，成型系统的温控装置设计与热平衡密切相关。开发和利用更先进的测温装置和温控器是提高测温精度，，减小温度波动，更好的实现熔体挤出过程的热平衡。文中借用MATLAB工具箱中的相关模块验证了模糊PID新型温控系统的稳定性 2.对熔融沉积螺杆式喷头内熔体形态和流变行为的分析，其主要研究内容包括：一是采用本构方程来描述聚合物的流动性质；二是在复杂边界条件下，根据本构方程，求解在高度的非局域、非线性条件下，与流体动力学力学及机械相关的控制方程。 3.根据已取得数据，用Pro/e三维软件建立几何模型，借助相关流体模拟软件（FLOTRAN CFD）模拟螺杆挤出的过程，验证数值分析的结果，并得到聚合物熔体在流动过程中的压力、流速、流动方向、剪切速率和粘度等的分布情况。 4.熔融沉积螺杆的参数研究及优化，螺杆是熔融沉积螺杆式喷头中最主要部件，它直接关系到挤出喷头的质量和生产率。在优化的基础上，分析螺杆各参数对出料的稳定性和产量的影响情况，以使物料达到最好的挤出，根据影响挤出稳定性和挤出效率的因素，优化挤出装置。
【关键词】：快速成型 熔体 模糊PID控制系统 螺杆
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 快速成型技术概述8-11
• 1.1.1 快速成型概念8-9
• 1.1.2 快速成型工艺原理及过程9-10
• 1.1.3 快速成型技术的特点10-11
• 1.2 快速成型在国内外发展现状及应用11
• 1.3 熔融沉积快速成型技术11-15
• 1.3.1 熔融沉积概述11-13
• 1.3.2 熔融沉积的工作原理13-14
• 1.3.3 螺杆式喷头的研究现状14-15
• 1.4 塑料熔体的研究现状15-16
• 1.4.1 塑料熔体在螺杆中流变行为15-16
• 1.4.2 塑料熔体微型挤出形态演变16
• 1.5 本课题研究的内容、目的和意义16-19
• 1.5.1 课题的研究内容16-17
• 1.5.2 课题的研究目的和意义17-19
• 2 喷头内熔体热平衡及温度控制系统的研究19-34
• 2.1 喷头内熔体的热平衡分析19-21
• 2.2 熔体温度的控制方法21
• 2.3 新型温度控制系统的研究21-33
• 2.3.1 PID 控制原理22-23
• 2.3.2 模糊控制基础23-24
• 2.3.3 模糊 PID 控制系统的建立24
• 2.3.4 模糊 PID 控制系统的参数选择24-29
• 2.3.5 模糊 PID 系统的仿真及运行结果29-33
• 2.4 本章总结33-34
• 3 熔融沉积螺杆式挤出熔体的分析34-50
• 3.1 熔体流变分析及本构方程的建立34-36
• 3.1.1 熔体的流变行为分析34-35
• 3.1.2 本构方程的建立35-36
• 3.2 熔体的流动性分析36-44
• 3.2.1 熔体在密闭容腔内的流动过程36-43
• 3.2.2 熔体在喷嘴内的流动分析43-44
• 3.3 喷头内螺杆挤出模拟及结果分析44-49
• 3.3.1 几何模型的建立及网格划分45-46
• 3.3.2 螺杆挤出的模拟结果46-49
• 3.4 本章总结49-50
• 4 螺杆的参数分析及优化50-58
• 4.1 影响螺杆挤出的参数分析50-51
• 4.1.1 影响螺杆挤出的因素50
• 4.1.2 螺杆的几何参数对挤出过程的影响50-51
• 4.2 螺杆几何参数的优化及对比51-57
• 4.2.1 螺杆几何参数的优化51-55
• 4.2.2 螺杆优化前后对挤出影响的对比分析55-57
• 4.3 本章总结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 附录 A 模糊控制的运算程序63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：646223