FDM支撑原理及支撑工艺研究

发布时间：2017-12-11 01:11

  本文关键词：FDM支撑原理及支撑工艺研究

  更多相关文章： FDM 3D打印 支撑结构 支撑临界角 热力学分析

【摘要】：FDM 3D打印机作为以喷头挤出材料的3D打印机的代表,其打印支撑结构的相关特性具有推广性。基于现有的三自由度机械结构FDM 3D打印机和相应的切片软件,在打印具有大跨度结构、外伸结构等悬空特征的模型时有添加辅助支撑结构的必要性,然而添加辅助支撑结构在保证模型顺利打印的同时也造成了打印材料的浪费。国内外研究一般以减少支撑结构和实现无支撑结构为出发点,进行支撑结构自动生成算法优化研究,但很少从支撑原理和支撑工艺角度开展研究。支撑原理和支撑工艺是支撑结构优化的基础。本文通过对FDM支撑原理及支撑工艺进行分析,着重对与支撑结构密切相关的支撑临界角进行研究,主要工作如下:(1)研究FDM 3D打印机的原理和机械结构,论述三自由度机械结构FDM 3D打印机在打印带悬空特征模型时构建辅助支撑结构的必要性。确立了从三维建模优化、切片软件支撑结构算法优化和打印工艺优化三个方面减少支撑结构和实现无支撑结构的研究方法。本文从打印工艺角度,结合ANSYS热结构分析,对提高有效支撑临界角进行研究。(2)阐述了 FDM3D打印机中的PLA相变粘结原理,进行了 PLA在打印过程中的熔融挤出和冷却粘结相变分析,再通过PLA—喷头简化模型的相变分析与实际打印参数对比的方法求出合理的进丝速度、熔丝挤出速度和挤出丝宽,然后,构建熔丝挤出截面粘结模型进行ANSYS热—应力分析,验证了通过相变温度区分有效粘结的可行性,并分析了影响有效粘结时间的主要因素。(3)分析支撑倾斜角的原理和打印支撑倾斜角的扫描路径。对比不同扫描路径在打印外伸倾斜角时的优劣,选择打印有效支撑临界角的扫描路径。使用APDL编程和生死单元进行不同倾斜角模型的热—结构耦合分析,通过生死单元模拟扫描路径分析不同倾斜角模型倾斜面上的节点位移和整个模型的变形,为支撑临界角的测试实验提供参考。(4)进行FDM 3D打印机有效支撑临界角实验,研究对流系数对支撑临界角表面质量的影响,论述支撑临界角每层伸出结构的冷却粘结与打印速度和对流强度两者的关系。通过实验验证了不同层厚、不同的表面过渡形式和不同的倾斜面厚度对支撑临界角表面质量的影响。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP334.8

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本文编号：1276594