基于FDM成型的增减材复合加工工艺关键技术研究
发布时间：2020-12-14 13:34
增材制造的零件会在倾斜或凹凸表面出明显台阶效应,不能满足实际成型零件的表面精度要求,而减材加工的精度高,但加工柔性较差。增减材复合加工充分利用了二者的优缺点实现了有效互补,将数控加工与增材制造有机集成,既有增材制造的柔性与速度,又有减材制造的尺寸和表面加工精度,不仅能够提高生产效率,降低生产成本。拓宽产品原料加工范围,还可以减少生产过程中切削液的使用,保护环境,具有广阔的应用前景。但目前,增减材复合加工工艺仍不成熟,尤其在获得增减材复合加工代码时,通过手动方式将增材代码与减材代码进行集成,自动化程度较低。本文研究基于STL数据模型的自适应分层方法、基于STL数拟模型的刀位轨迹规划、进行增减材复合软件系统开发,实现了在一个软件系统中可自动生成加工模型的增材加工代码、减彩加工代码、增减材加工代码。本文主要研究内容如下:（1）基于截面积变化梯度的自适应分层算法。利用VC++6.0软件平台实现对STL模型的读取显示,并利用三角面片之间的性质与分层平面之间的位置关系对STL模型进行数据处理,对模型进行分层厚度调整时,利用三角形分割法进行截平面轮廓面积计算并进行分层厚度调整,设计实验验证自适应分层...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台阶效应Figure1-1stepeffect
FDM沉积成型Figure1-2FDMdepositionmolding
??鳩DM技术不但具有成型设备成本低、操作简单，而且成型材料较为广泛，成为一种发展前景较好的增材制造技术。熔融沉积成型（FDM）的基本原理：是丝材在高温喷头的作用下，由固态转化为熔融状态，从喷嘴挤出后按照每一层的扫描路径，以一定的速度进行熔融沉积，一层加工完成后，工作台下降或喷头升高一个分层厚度的距离，不断堆积直到整个工件成型完毕。其成型原理如1-2所示[2]。FDM成型的核心工艺过程主要有：产品模型设计、模型数据转化、模型离散化处理（分层切片）、路径填充、材料逐层堆积制造、产品这六个步骤，如图1-3所示。FDM成型技术比较适用于中小型、批量少工件或者个性化工件的成型打印，成型材料主要选用ABS、PLA丝材，其成型件的性能类似于工程塑料，主要用于制作样件或模型，现在国内的桌面型打印机大多数采用FDM成型技术。1.2.1FDM成型技术的优势相比于其他成型工艺，FDM沉积成型制造有以下优势[4][5][6]：（1）FDM成型工艺采用非激光的成型系统，因此成型设备的使用与维护成本相对较低。并且成型所需要的材料较为广泛，低熔点的固体丝状材料均可作为成型材料，目前市面上主要以PLA、ABS材料为主，对于塑料零件的制造，FDM沉积成型方式是非常合适的选择。（2）原材料的利用率高，废料可回收再处理，实现材料的循环利用。（3）材料清洁，对环境友好。FDM成型所用到的PLA、ABS等高分子材料不会对环境造成污染，适合在办公环境下使用。送丝轮丝材加热装置成型平台喷嘴图1-2FDM沉积成型Figure1-2FDMdepositionmolding产品模型设计模型数据转换分层处理路径填充成型工件逐层堆积制造G代码转换图1-3熔融沉积成型过程Figure1-3meltingdepositionprocess2
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于5+1轴的增减材混合加工验证平台设计与研制[J]. 李仲宇,李迎光,刘长青. 航空制造技术. 2018(08)
[2]基于CAD模型外轮廓线的3D打印自适应分层算法[J]. 陈松茂,白石根. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]多功能高速高效五轴金属增减材复合智能装备研制[J]. 张宇,吴天明,唐鸿雁,万齐访,刘涛,张玉冰. 内燃机与配件. 2018(03)
[4]一种增材与减材复合制造机研究[J]. 刘肖肖,吕福顺,刘原勇,程祥,杨先海. 制造技术与机床. 2017(06)
[5]基于STL模型的轮廓线自适应分层方法研究[J]. 周惠群,吴建军. 机械与电子. 2015(08)
[6]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)
[7]RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法[J]. 钟山,杨永强. 计算机集成制造系统. 2012(06)
[8]PLA热性能参数的研究[J]. 张来,张文霞,蔡广楠,付晓蓉. 塑料工业. 2012(01)
[9]熔融沉积快速成型工艺过程分析及应用[J]. 余东满,李晓静,王笛. 机械设计与制造. 2011(08)
[10]快速成型台阶误差分析及其降低措施[J]. 穆存远,宋祥波. 机械设计与制造. 2011(04)
博士论文
[1]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
硕士论文
[1]FDM成型过程有限元模拟及工艺参数优化研究[D]. 张森.华北电力大学 2018
[2]金属激光增减材复合工艺及整机结构CAE分析[D]. 郭观林.湖南大学 2017
[3]基于STL模型的快速成型分层方法研究[D]. 姜化凯.山东理工大学 2017
[4]熔融沉积成型过程传热研究及其数值模拟[D]. 王靖.昆明理工大学 2017
[5]熔融沉积成型过程温度场和应力场研究[D]. 祁冬杰.昆明理工大学 2017
[6]熔融沉积成型的自适应分层算法研究及成型过程数值模拟[D]. 孙建.天津大学 2017
[7]基于熔融沉积成型零件的精度及温度场有限元分析研究[D]. 李骁健.兰州理工大学 2016
[8]三角网格模型的等残留高度刀具轨迹规划及拟合[D]. 蔡光辉.湘潭大学 2015
[9]基于分区变层厚的熔融沉积成型技术研究[D]. 袁贝贝.山东大学 2015
[10]飞机结构件数控加工的工序间模型构建[D]. 王斌.华中科技大学 2015
本文编号：2916491
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台阶效应Figure1-1stepeffect
FDM沉积成型Figure1-2FDMdepositionmolding
??鳩DM技术不但具有成型设备成本低、操作简单，而且成型材料较为广泛，成为一种发展前景较好的增材制造技术。熔融沉积成型（FDM）的基本原理：是丝材在高温喷头的作用下，由固态转化为熔融状态，从喷嘴挤出后按照每一层的扫描路径，以一定的速度进行熔融沉积，一层加工完成后，工作台下降或喷头升高一个分层厚度的距离，不断堆积直到整个工件成型完毕。其成型原理如1-2所示[2]。FDM成型的核心工艺过程主要有：产品模型设计、模型数据转化、模型离散化处理（分层切片）、路径填充、材料逐层堆积制造、产品这六个步骤，如图1-3所示。FDM成型技术比较适用于中小型、批量少工件或者个性化工件的成型打印，成型材料主要选用ABS、PLA丝材，其成型件的性能类似于工程塑料，主要用于制作样件或模型，现在国内的桌面型打印机大多数采用FDM成型技术。1.2.1FDM成型技术的优势相比于其他成型工艺，FDM沉积成型制造有以下优势[4][5][6]：（1）FDM成型工艺采用非激光的成型系统，因此成型设备的使用与维护成本相对较低。并且成型所需要的材料较为广泛，低熔点的固体丝状材料均可作为成型材料，目前市面上主要以PLA、ABS材料为主，对于塑料零件的制造，FDM沉积成型方式是非常合适的选择。（2）原材料的利用率高，废料可回收再处理，实现材料的循环利用。（3）材料清洁，对环境友好。FDM成型所用到的PLA、ABS等高分子材料不会对环境造成污染，适合在办公环境下使用。送丝轮丝材加热装置成型平台喷嘴图1-2FDM沉积成型Figure1-2FDMdepositionmolding产品模型设计模型数据转换分层处理路径填充成型工件逐层堆积制造G代码转换图1-3熔融沉积成型过程Figure1-3meltingdepositionprocess2
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于5+1轴的增减材混合加工验证平台设计与研制[J]. 李仲宇,李迎光,刘长青. 航空制造技术. 2018(08)
[2]基于CAD模型外轮廓线的3D打印自适应分层算法[J]. 陈松茂,白石根. 华南理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
[3]多功能高速高效五轴金属增减材复合智能装备研制[J]. 张宇,吴天明,唐鸿雁,万齐访,刘涛,张玉冰. 内燃机与配件. 2018(03)
[4]一种增材与减材复合制造机研究[J]. 刘肖肖,吕福顺,刘原勇,程祥,杨先海. 制造技术与机床. 2017(06)
[5]基于STL模型的轮廓线自适应分层方法研究[J]. 周惠群,吴建军. 机械与电子. 2015(08)
[6]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)
[7]RE/RP集成系统中基于STL的精确分层方法[J]. 钟山,杨永强. 计算机集成制造系统. 2012(06)
[8]PLA热性能参数的研究[J]. 张来,张文霞,蔡广楠,付晓蓉. 塑料工业. 2012(01)
[9]熔融沉积快速成型工艺过程分析及应用[J]. 余东满,李晓静,王笛. 机械设计与制造. 2011(08)
[10]快速成型台阶误差分析及其降低措施[J]. 穆存远,宋祥波. 机械设计与制造. 2011(04)
博士论文
[1]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
硕士论文
[1]FDM成型过程有限元模拟及工艺参数优化研究[D]. 张森.华北电力大学 2018
[2]金属激光增减材复合工艺及整机结构CAE分析[D]. 郭观林.湖南大学 2017
[3]基于STL模型的快速成型分层方法研究[D]. 姜化凯.山东理工大学 2017
[4]熔融沉积成型过程传热研究及其数值模拟[D]. 王靖.昆明理工大学 2017
[5]熔融沉积成型过程温度场和应力场研究[D]. 祁冬杰.昆明理工大学 2017
[6]熔融沉积成型的自适应分层算法研究及成型过程数值模拟[D]. 孙建.天津大学 2017
[7]基于熔融沉积成型零件的精度及温度场有限元分析研究[D]. 李骁健.兰州理工大学 2016
[8]三角网格模型的等残留高度刀具轨迹规划及拟合[D]. 蔡光辉.湘潭大学 2015
[9]基于分区变层厚的熔融沉积成型技术研究[D]. 袁贝贝.山东大学 2015
[10]飞机结构件数控加工的工序间模型构建[D]. 王斌.华中科技大学 2015
本文编号：2916491
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