3D打印新型外部支撑的设计与研究

发布时间：2021-06-26 07:36

　　熔融沉积成型（Fused deposition modeling,简称FDM）是3D打印最常用的技术之一。该技术的主要特点是熔丝必须沉积在已有支撑上,因此支撑决定着整个被成型件的力学性能和表面质量。本文以提高成型件支撑面的表面质量为目标,运用正交实验法设计实验,使用平整度测量法测量实验试件的破损率,利用极差分析法中的因素趋势图得出综合目标最优工艺参数组合为A1B1C4D5,即喷嘴温度为190℃、运行速度为20mm/s、支撑间隔为20mm、散热风扇速度100%。在正交实验基础上,利用方差分析法得出四个工艺参数对被支撑面表面质量影响程度的大小顺序为D（散热风扇速度）>B（运行速度）>A（喷嘴温度）>C（支撑间隔）,其中影响极为显著的是D（散热风扇速度）。通过实验验证优选后的工艺参数组合的准确性,优选后的工艺参数对于其他快速成型系统,工艺参数值的选择具有重要参考价值。通过对常见零部件的结构进行分析总结,得出了 10种典型模型,分别为悬吊面、悬吊边、悬臂结构、倾斜15°、倾斜30°、倾斜45°、凸柱面R、凸球面SR、凹柱面R、凹球面SR。总结出5种常见的支撑结构,分别为柱状支... 

【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１不同精度三维模型对比图??Ｆｉｇ．２．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ?３Ｄ?ｍｏｄｅｌｓ??

是影响模型表面质量的重要因素。??选择不同的成型方向，切片软件扫描获取的模型信息也是不同的。每一层二维数据之间??的距离就是分层厚度，这个厚度是成型设备在工作平台上扫面完一层的厚度也就是单层??厚度。在切片中不同方向模型的截面数据信息是不同的，在此过程中难免会出现数据信??息丢失的情况，从而影响到制件的表面精度和尺寸误差［４１１。??（２）阶梯误差??切片软件将分散化的二维数据一层一层的堆积起来，每个模型的截面大小不一，所??以在逐层累积的过程中两层切片之间必然会出现“阶梯效应”如图２．２所示。产生这种??阶梯效应是不可避免的，它是一种原理上的误差。因为阶梯效应的出现就会导致成型件??的表面精度粗糙，产生尺寸上的误差导致达不到预期的效果｜４２］。目前解决的有效办法就??是通过每层的厚度来降低制件的表面粗糙度，层与层之间的距离减少，两者之间的阶梯??效应就会降低，但是减少层与层之间的厚度也就意味着层数的增加，层数增加就会导致??模型的整体数据扩大，在制造过程中也会延长加工时间。??１）为了降低台阶效应引起的误差提高制件的打印精度，在参数设置中要减少层厚，??相对而言层厚的减少，整体的层数就要增加。虽然这种方法对提高制件的表面制件非常??的有效，但是减少层厚，增加层数就会给设备处理数据时造成繁重的工作量，有时过低??的减少层厚会影响到打印设备的打印质量。目前解决这一问题可以采用自适应性切片分??层技术，它可以根据模型只能的切片，能够有效的提高表面质量。?????１?ＣＡＰ樽型边界??实际模型边界??Ｌ?４??图２．２零件的阶梯效应??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｅｐ?ｅｆＦｅｃｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐａｒｔ??１１??

２?ＦＤＭ成型件误差影响因素分析?硕士研究生学位论１??２）优化成型制作方向??避免阶梯效应的另外一种方法是改变模型制件的加工方向。通俗地讲就是要减少模??型轮廓与成型方向的角度，从而降低阶梯效应对模型制件的误差。如图２．３所示，这是??一个相同的打印试件只是摆放的方向不同，在图中可以直观地看出成型方向的不同导致??打印试件引起阶梯效应影响表面质量的程度也不同。两个不同的成型方向打印试件同一??水平面的表面质量也不同。如图２．３中Ｐ２水平面的表面程度，观察到在（ａ）中Ｐ２的阶梯??效应相较于（ｂ）中影响程度非常的严重，Ｐ３的影响程度相对较小，ＰＩ、Ｐ４和Ｐ５这三个??水平面几乎没有受到阶梯效应的影响，与模型表面基本一致。显而易见改变模型的成型??方向对模型的表面质量有很大的改善。??不言而喻，改变成型件的加工方向确实对增加制件的表面精度有很大的作用。在图??２．３中我们发现ＰＩ、Ｐ４和Ｐ５这三个水平面改变了方向也没有被阶梯效应所影响，这是??因为它们的水平面的表面法向与切片方向一致，这才不会受到阶梯效应的影响，而Ｐ２??和Ｐ３它们的表面法向与切片方向存在夹角所以在改变成型方向就会对阶梯效应产生变??化。所以我们在以后加工制件时，要根据制件的结构来合理的选择成型方向。要想提高??制件的表面精度就要避免让模型多处与切片方向有夹角。但是在工艺上仍然存在一些问??题需要研究和解决：一是针对结构比较复杂的模型，仅仅改变成型方向起到的作用可能??不是大，而且复杂的模型在切片时也比较复杂；二是虽然改变成型方向可以提高制件的??表面精度，但是制件不能只看表面质量还有很多因素需要综合考虑［４３］。。??Ｐ３??Ｐ２??Ｐ１?＼

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]FDM成形工艺支撑自动生成技术研究[D]. 王彦云.中北大学 2016
[2]基于冷金属过渡技术的铝合金快速成形技术及工艺研究[D]. 姜云禄.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于RP的快速模具制造技术研究[D]. 张昌明.太原理工大学 2006



本文编号：3250927