连续碳纤维复合材料选择性增强处理的3D打印切片方法研究

发布时间：2021-07-23 01:33

　　3D打印技术自二十世纪八十年代问世以来,就凭借着其生产率高、研发周期短和易于加工复杂模型的特点,受到国内外学者的密切关注和深入研究,被广泛应用于航天航空、汽车工业、军事、医疗等重要领域。碳纤维材料具有轻质高强、耐高温和耐腐蚀性的特点,将碳纤维材料与3D打印相结合,既能发挥其材料特性和成型方式的优势,又能解决碳纤维材料成型工艺繁琐,难以制造复杂结构模型等问题,在提高热塑性材料成型件的成型性能同时,又降低了纯纤维材料3D打印的成本。由于纤维的连续性及3D打印层层叠加的特点,三维模型的切片处理是3D打印的前提,对于热塑性材料的增强效果至关重要。因此,针对3D打印切片处理过程中连续纤维增强层的选择、路径规划及碳纤维材料、基体材料、支撑材料等多材料的打印问题,研究三维模型的切片处理及工艺规划方法。本文基于FDM（Fused Deposition Modeling,熔融沉积成型）3D打印技术,把连续碳纤维复合材料用于热塑性的性能增强,充分利用多种材料的不同特性,达到提高打印模型的成型性能和表面质量的目标,主要研究工作如下:（1）基于碳纤维选择性增强的3D打印切片处理多参数间关系研究。针对多材料多工... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2分形填充路径（3）偏置轮廓填充路径

23性增强处理效果提供了软件保证。最后从3D打印机硬件结构角度进行分析论述，本小节上文中的3D打印切片处理过程已经完成了对性能增强层和普通层的识别，在打印性能增强层前会先在对应的G代码前加入切换喷头指令，通过切换打印喷头从而实现切换打印材料的目的，3D打印机硬件系统的固件部分会识别切换喷头指令代码，进而控制3D打印机机械结构中的实际打印喷头的切换，即是完成打印材料的切换，最终实现了打印模型的选择性增强效果，多喷头3D打印选择性增强处理的基本原理图如图3-1所示。连续碳纤维复合材料PLA材料开始打印模型载入切片处理划分增强区域输出G文件切片处理打印材料固件识别位置信息温度信息挤料信息XYZ轴移动加热装置加热挤料和剪断控制系统喷头类型切换喷头是否增强区域？碳纤维打印PLA打印模型生成是硬件控制否图3-1多喷头3D打印选择性增强处理的基本原理图3.2多喷头间坐标系切换关系在多喷头3D打印过程中，多个喷头在空间中通过切换喷头运动共同对模型用不同材料进行打印，要明白多个喷头的空间运动协调关系，就需要明白多个喷头间坐标系切换关系。对于碳纤维长纤复合材料对高分子材料选择性增强，至少需要高分子材料喷头和碳纤维材料喷头两个喷头装置。图3-2为实验室的双喷头3D打印机示意图，两个喷头通过同一滑块连接在一起，因此每个喷头都以同种运动方式进行运动，每个喷头每次打印结束后便会回到打印零点。图3-2双喷头3D打印机示意图

26置的打印层高值也为两种，若直接通过式3-5由打印模型的高度信息计算模型的层数信息会导致计算错误，因此连续碳纤维复合材料打印切片层的层数位置是不能简单直接确定的，进而无法直接根据切片层的层数位置来标识模型预期增强性能的特定部位，但是模型预期增强性能的特定部位的高度信息是唯一确定的，因此可以将模型特定部位的高度信息作为标识工具对模型的特定性能增强部位进行标识，因此在连续碳纤维3D打印中，多材料的层高参数可如式3-6进行设置。S={CFLH:CFSet,PLALH:PLASet}（3-6）在式3-6中，其中S表示多材料层高参数的设置方法，CFLH为碳纤维材料对应设置的层高值，CFSet为碳纤维材料对应设置的打印高度位置区间，PLALH为PLA材料对应设置的层高值，PLASet为PLA材料对应设置的打印高度位置区间。通过对式3-6进行分析计算，可得到式3-7的多材料层高集合数据类型。{1,2,3|,4,.,}iL=LHi=…J（3-7）在式3-7中，其中L为按照打印模型层数划分的切片层层高集合，iLH表示第i层的切片层层高，i表示单一层数信息，J表示打印模型的总层数。通过这种集合区间的设置方式将碳纤维复合材料打印层和PLA材料打印层的层高区别开，根据识别特定层的类型，在特定层设置该层合适的层高值。另一方面，模型特定部分的高度值并不是总是打印材料层高的整数倍，当特定部位的高度值不为层高的整数倍时，需要对多材料层高集合区间划分方式进行优化处理，使得实际打印模型与模型理想形状更加接近。5mm1.2mm1.3mm4.0mm1.4mm碳纤维材料PLA材料PLA材料交叉区域S图3-4标准长方体三维模型图3-5分层处理特殊情况图3-4为标准长方体模型，模型长度为80mm，宽度为15mm，高度为5mm，


本文编号：3298316