多方向FDM 3D打印关键技术及工艺研究

发布时间：2021-09-30 19:37

　　3D打印技术由数字三维模型直接制造实物,近年来成为制造领域的研究热点。熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling,FDM）技术是一种重要的3D打印技术,具有原理简单、操作安全等优势,应用广泛。传统FDM 3D打印机只能沿着单一方向打印,打印自由度受限,论文针对这一问题开展研究。论文主要工作包括:1.设计了一种多方向FDM 3D打印系统方案。设计了多方向3D打印硬件结构,在单方向打印的基础上,使打印平台可以自由旋转从而实现多方向打印。进一步设计与硬件结构配套的软件算法,包括基于形状分析的模型分割算法、基于广度优先的路径规划算法、基于伪双目视觉的视觉监视算法、以及打印控制等。各部分算法协同配合,可以最大限度减少支撑结构,避免材料浪费,保证打印过程的连贯性,并在一定程度上保证了打印精度。2.搭建了多方向3D打印原型系统。基于上述设计方案,搭建了基于五轴机械系统的多方向FDM 3D打印硬件平台,并基于Visual Studio 2010软件开发平台实现各个算法模块,实现模型到完整实物的连续打印。首先将输入的模型分割成可以自支撑打印的多个模块;随后对模型分割得到的各个模块进... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

D打印产品示例

随着 3D 打印技术的广泛应用，一些问题也逐渐凸显出来，为 3D 打印技术的发展带来了新的机遇和挑战[12]。PwC 和制造研究所调查数据显示，阻碍 3D 打印普及的原因中，3D 打印成本占 41.3%、人才缺乏占 42.1%、产品质量的不确定占 33.1%、打印速度占 25.6%[13]。近年来 3D 打印方面的研究主要针对以上问题开展。1.2 3D 打印技术3D 打印是通过控制原材料的逐层堆积制造出三维实体的过程。3D 打印基本流程如下：输入一个设计好的三维模型，计算机分析此模型判断其是否具有可打印性，如果模型不可打印则先对其进行优化（包括添加支撑结构、实体结构优化、模型缺陷修复等），随后切片生成指导打印机实施打印的指令文件。3D 打印机在指令文件的指导下，选择性的使打印材料固化为一个平面薄层，第一层打印完成后，在第一层上固化原材料，形成第二层……如此重复，最终通过薄层累积制造出三维实体[14]。3D 打印流程图如图 1-2 所示。

图 1-3 粘合剂喷射成型技术设备原理图Fig 1-3 Schematic of a binder jetting equipment喷射技术（Material Jetting）技术是一种选择性沉积液态材料的增材制造技术，常等[17]。Polyjet 就是一种典型材料喷射技术。材料喷4 所示。液态材料通过喷墨打印头喷出，预先设定好的置，被喷出的打印材料立即被紫外光照射固化，每打指定的高度，喷墨打印头和紫外光继续在下一层实施成打印。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FDM技术的3D打印支撑结构自动生成算法研究[J]. 马亚雄,李论,周波,张洪瑶.  制造业自动化. 2018(05)
[2]增材制造产业发展行动计划（2017-2020）[J].   电子机械工程. 2017(06)
[3]3D打印技术发展现状[J]. 朱艳青,史继富,王雷雷,钟柳文,李育坚,徐刚.  制造技术与机床. 2015(12)
[4]“中国制造2025”下的3D打印[J]. 于灏.  新材料产业. 2015(07)
[5]基于FDM的3D打印技术研究现状与发展趋势[J]. 唐通鸣,张政,邓佳文,钱素艳,李志扬,黄明宇.  化工新型材料. 2015(06)
[6]国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）[J].   电加工与模具. 2015(S1)
[7]3D打印技术及产业前景[J]. 郭日阳.  自动化仪表. 2015(03)
[8]3D打印:从想象到现实[J]. 利普森,库曼,赛迪研究院专家组.  中国对外贸易. 2013(10)
[9]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘.  机械制造与自动化. 2013(04)
[10]试析“3D打印技术”的优点与局限[J]. 孙柏林.  自动化技术与应用. 2013(06)

硕士论文
[1]FDM工艺的实验研究[D]. 王永双.青岛大学 2015



本文编号：3416514