大型FDM-3D打印系统设计及关键技术研究
发布时间：2021-09-11 17:03
伴随着“十三五”战略计划的提出,我国制造业逐步进入了发展黄金期,其中3D技术的提出与引进更加改变了我国传统制造业的面貌。目前3D打印技术发展已有三十余年,无论在技术上还是在设备开发上,都取得了突破性进展,所涉及的领域也相对较广,大到航空、汽车、医疗等应用领域,小到手工DIY制作、示教教学等应用领域。而熔融沉积（Fused Deposition Modelling,FDM）技术作为3D打印技术衍生出的一个重要分支,因其设备开发成本低、耗材选择广泛、控制技术开源等优势,在各行业都有所应用。但同时也因技术层面的问题,导致了设备在打印速度和成型精度上的缺陷,因此本文主要针对目前熔融沉积3D打印机所存在的成型范围小、打印速度慢、成型精度低等缺陷进行了深入研讨,并自主研发出超大尺寸的FDM-3D打印设备,针对打印速度、成型精度等关键性问题进行了研究。首先对FDM-3D打印设备的机械系统部分进行相关设计及分析。通过分析对比三种不同结构类型3D打印机的性能,选择设计笛卡尔构型,并对运动机构的传动方式进行选型及理论计算,然后对机体框架、喷头系统进行设计,最后利用有限元分别对机体框架和成型平台的设计进行了...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统制造
湖北工业大学工程硕士学位论文2（a）传统制造工艺（b）增材制造工艺图1.1传统制造与增材制造工艺流程目前3D打印技术的应用已普及到了各行各业，包括军事、航空、工业、建筑、汽车、医疗、教育科研在内的各个领域都从中获取了可观的经济效益。各国纷纷投入3D技术的研究当中，世界掀起一股“3D打颖技术浪潮，3D打印技术逐渐成为了全球关注的焦点。英国的著名杂志《经济学人》在所发表的专题报告指出“3D打印是当下最具代表性的科学技术，这一技术正对目前所经历的第三次工业革命产生了深远影响”，美国的《时代》周刊也曾指出“3D打印行业是美国增长最快的工业”[4]。美国科学基金会认为3D技术是20世纪制造技术领域中一项重大创举[5]。美国前总统奥巴马也曾在2012年提出了将3D打印作为振兴美国制造业计划的首个启动项目。我国在国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中也提出要构建相对完善的增材制造技术的创新与研发的体系，其中提到了3D打印技术[6]。3D打印技术历经了三十多年的研究与开发，到目前为止较为成熟的衍生技术已有十余种，其中具有代表性的有光敏材料选择性光固化（StereolithographyApparatus，SLA）、粉末材料选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）、丝状材料熔融沉积成形（FusedDepositionModelling，FDM）和薄型材料分层切割（LaminatedObjectManufacturing，LOM）。其中问世最早的当属SLA技术，查尔斯·W·哈尔于1986年成立3Dsystems公司，以光敏树脂为原材料，借助立体光刻成形来解决方案，目前已发展成为现今世界上3D打印解决方案提供商龙头企业[7-10]；同一年，美国的DeckardC提出了以金属粉末为原料的SLS技术，随后创立了DTM公司，该公司于2001年被3Dsystems公司并购[11]；随后美国学者Sc
湖 北 工 业 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文LOM 技术并于 1991 年推出第一台功能齐全的 LOM 设备[12-13]。上述的 3D 打印技术在形式上虽然会有所不同，但采用的是相同的原理，都是通过材料的离散、堆积来制造工件实体。具体的制造原理如图 1-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含能材料3D打印挤出模拟及安全性分析[J]. 管梦茹,黄玲. 兵器装备工程学报. 2020(05)
[2]基于Fluent的FDM 3D打印机喷头分析与结构优化[J]. 李卫飞,王贤琳,陈梦雪,罗刚,刘炳余. 机床与液压. 2019(16)
[3]基于CFD的含能材料3D打印机喷嘴[J]. 徐阳,黄玲. 兵工自动化. 2019(06)
[4]FDM 3D打印机喷嘴流场分析与结构优化[J]. 高强,周敏,朱黎立,段现银. 组合机床与自动化加工技术. 2018(11)
[5]3D打印巨头3D SYSTEMS公司专利态势分析[J]. 刘艳丽,何微,吴鸣. 科学观察. 2018(01)
[6]基于FLUENT模拟的熔融沉积快速成型喷头工艺参数研究[J]. 任翀,闫恪涛,范丽荣. 铸造技术. 2017(06)
[7]基于FLUENT的喷嘴孔型两相流场模拟分析[J]. 罗静,曾国辉,李丙乾. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[8]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
[9]基于选区激光熔化的金属零件快速成形现状与技术展望[J]. 顾冬冬,沈以赴. 航空制造技术. 2012(08)
[10]聚乳酸（PLA）的流变性能研究[J]. 张文,周静宜,陈玉顺. 聚酯工业. 2009(01)
博士论文
[1]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]FDM 3D打印机的电机控制系统优化设计[D]. 樊金光.河北工业大学 2017
[2]基于光固化成型的微结构增材制造技术研究[D]. 康鹏.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于FDM工艺的3D打印机机械系统设计制造研究[D]. 赵冲.华北电力大学 2017
[4]含能材料3D打印实验系统喷头的设计和分析[D]. 丁骁垚.南京理工大学 2017
[5]基于Solidworks的熔融成型工艺参数影响快速原型产品表面质量研究[D]. 李海霞.山东大学 2015
[6]熔融挤压快速成型机机构与挤出的研究[D]. 罗攀.西南交通大学 2015
[7]光固化快速成型技术及成型精度控制研究[D]. 刘杰.沈阳工业大学 2014
[8]FDM快速成形机的结构设计及优化研究[D]. 杨明.华中科技大学 2009
本文编号：3393382
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统制造
湖北工业大学工程硕士学位论文2（a）传统制造工艺（b）增材制造工艺图1.1传统制造与增材制造工艺流程目前3D打印技术的应用已普及到了各行各业，包括军事、航空、工业、建筑、汽车、医疗、教育科研在内的各个领域都从中获取了可观的经济效益。各国纷纷投入3D技术的研究当中，世界掀起一股“3D打颖技术浪潮，3D打印技术逐渐成为了全球关注的焦点。英国的著名杂志《经济学人》在所发表的专题报告指出“3D打印是当下最具代表性的科学技术，这一技术正对目前所经历的第三次工业革命产生了深远影响”，美国的《时代》周刊也曾指出“3D打印行业是美国增长最快的工业”[4]。美国科学基金会认为3D技术是20世纪制造技术领域中一项重大创举[5]。美国前总统奥巴马也曾在2012年提出了将3D打印作为振兴美国制造业计划的首个启动项目。我国在国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》中也提出要构建相对完善的增材制造技术的创新与研发的体系，其中提到了3D打印技术[6]。3D打印技术历经了三十多年的研究与开发，到目前为止较为成熟的衍生技术已有十余种，其中具有代表性的有光敏材料选择性光固化（StereolithographyApparatus，SLA）、粉末材料选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）、丝状材料熔融沉积成形（FusedDepositionModelling，FDM）和薄型材料分层切割（LaminatedObjectManufacturing，LOM）。其中问世最早的当属SLA技术，查尔斯·W·哈尔于1986年成立3Dsystems公司，以光敏树脂为原材料，借助立体光刻成形来解决方案，目前已发展成为现今世界上3D打印解决方案提供商龙头企业[7-10]；同一年，美国的DeckardC提出了以金属粉末为原料的SLS技术，随后创立了DTM公司，该公司于2001年被3Dsystems公司并购[11]；随后美国学者Sc
湖 北 工 业 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文LOM 技术并于 1991 年推出第一台功能齐全的 LOM 设备[12-13]。上述的 3D 打印技术在形式上虽然会有所不同，但采用的是相同的原理，都是通过材料的离散、堆积来制造工件实体。具体的制造原理如图 1-2（a）、（b）、（c）、（d）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含能材料3D打印挤出模拟及安全性分析[J]. 管梦茹,黄玲. 兵器装备工程学报. 2020(05)
[2]基于Fluent的FDM 3D打印机喷头分析与结构优化[J]. 李卫飞,王贤琳,陈梦雪,罗刚,刘炳余. 机床与液压. 2019(16)
[3]基于CFD的含能材料3D打印机喷嘴[J]. 徐阳,黄玲. 兵工自动化. 2019(06)
[4]FDM 3D打印机喷嘴流场分析与结构优化[J]. 高强,周敏,朱黎立,段现银. 组合机床与自动化加工技术. 2018(11)
[5]3D打印巨头3D SYSTEMS公司专利态势分析[J]. 刘艳丽,何微,吴鸣. 科学观察. 2018(01)
[6]基于FLUENT模拟的熔融沉积快速成型喷头工艺参数研究[J]. 任翀,闫恪涛,范丽荣. 铸造技术. 2017(06)
[7]基于FLUENT的喷嘴孔型两相流场模拟分析[J]. 罗静,曾国辉,李丙乾. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[8]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
[9]基于选区激光熔化的金属零件快速成形现状与技术展望[J]. 顾冬冬,沈以赴. 航空制造技术. 2012(08)
[10]聚乳酸（PLA）的流变性能研究[J]. 张文,周静宜,陈玉顺. 聚酯工业. 2009(01)
博士论文
[1]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]FDM 3D打印机的电机控制系统优化设计[D]. 樊金光.河北工业大学 2017
[2]基于光固化成型的微结构增材制造技术研究[D]. 康鹏.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于FDM工艺的3D打印机机械系统设计制造研究[D]. 赵冲.华北电力大学 2017
[4]含能材料3D打印实验系统喷头的设计和分析[D]. 丁骁垚.南京理工大学 2017
[5]基于Solidworks的熔融成型工艺参数影响快速原型产品表面质量研究[D]. 李海霞.山东大学 2015
[6]熔融挤压快速成型机机构与挤出的研究[D]. 罗攀.西南交通大学 2015
[7]光固化快速成型技术及成型精度控制研究[D]. 刘杰.沈阳工业大学 2014
[8]FDM快速成形机的结构设计及优化研究[D]. 杨明.华中科技大学 2009
本文编号：3393382
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