三维打印制件精度分析、建模及实验研究

发布时间：2020-04-06 05:43

【摘要】：三维打印技术是目前快速成型中最具有生命力的技术,具有设备简单,材料便宜,材料类型广泛,工作过程中无污染等优点,该技术无需激光系统,使用成本很低且可靠性高,设备体积小,成形速度快,使其在快速制造领域应用很广泛。但三维打印技术也显露出了一些缺点,例如当前三维打印制件的精度较低,尤其表现在具有较大的尺寸误差和形貌误差,因此在对精度有较高要求的制造领域三维打印具有很大的局限性。为了提高三维打印制件的尺寸精度和轮廓精度,本文以ZP310三维打印机为实验平台,分析了影响三维打印制件精度的原因,建立了制件精度及其影响因素之间的关系模型,获得了提高制件精度的方法,进一步扩大了三维打印技术的应用领域。对影响制件尺寸精度的因素进行了理论分析,然后通过实验进行验证。通过对使用ZP15E淀粉基复合粉末材料的制件的尺寸变化进行观察,得到X、Y、Z三个方向收缩率的变化趋势和变化范围。采用中心复合法设计实验,研究层厚及饱和度等工艺参数对材料收缩率的影响。通过二次回归方程将获得的实验数据拟合出响应模型,分析响应曲面,获得最佳工艺参数组合。通过对影响尺寸精度的主要缺陷—翘曲变形的产生机理进行理论分析,我们得出凝结层的不均匀收缩是引起制件翘曲变形的根本原因,并且实验验证了减小翘曲变形的方法。采用石膏基粉末Zp130为材料打印不同参数下的长方体制件,使用三维轮廓仪测量制件的表面形貌,分析了放置位置、铺粉层厚以及饱和度等打印参数对制件表面微观形貌的影响,最后得到了最佳的打印参数组合及零件放置方位。并对粘结剂的渗出误差进行补偿,校准了三维制件的轮廓精度。通过实验比较了制造室中不同打印区域的零件轮廓精度的不同以及补偿前后轮廓精度的差距。
【图文】：

模型图,三维打印,模型

、钳等) 方法和受迫成型( 锻压、铸造粉末冶金等) 方法, 它采用逐点或逐层方法制造物理模型, 能够快速、精确、直接地将产品的设计数据转化为三维模速成型产品开发周期短，成本低，质量好，因此得到世界范围的青睐。维打印技术（Three Dimensional Printing，3DP）是快速成型技术的典型代表，，体成型，如陶瓷粉末、金属粉末、石膏粉末等粉末材料及一些热熔或者光固化喷头用粘结剂将零件的截面打印在材料粉末上面，或者将成型树脂一层一层化粘结成型，其成型过程是将各个二维截面重叠粘结成为一个三维实体[2]。常规的生产制造技术相比较，三维打印技术具有很多优势：）选材广泛，各种非金属和金属材料均可使用。）通过“累加法”加工制件，比传统的“去材料”加工方法更节省材料，降低）通过 CAD 数据文件直接驱动，一次成型，大大缩减了生产制造的费用，并和易改性为产品的完美设计提供了优良的环境。）制造工艺与制造原型的几何形状无关，三维打印技术可以制造传统工艺无法结构三维实体，在加工复杂曲面时更显优越，如图 1-1 所示。

快速成型,基本原理

技术的工作原理及分类技术工作原理作为一种新兴的先进制造技术，直接利用三维实体造型软行数字化扫描获得逼真的三维模型，通过快速打印机，将层层的堆积成实体原型。它利用数控、激光、计算机、精辅助设计和计算机辅助制造快速、精确地将设计者的思想型，从而可以快速对产品进行评价、修改，大大缩短了研、几周缩短为几个小时，大大提高了企业的市场竞争力本原理是：首先设计出所需产品或零件的计算机三维模型将产品的三维模型表面三角化处理，存储成 STL 文件格层截面的二维轮廓信息；再根据每个层片的轮廓信息，，在控制系统的控制下由成型头选择性地固化或切割一廓薄片，并沿高度方向逐步顺序叠加成三维坯件；最后进产品、模型或零件[3]，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.73

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