螺旋挤出式3D打印装置的设计及关键技术研究

发布时间：2023-03-26 13:08

　　3D打印技术综合了计算机、材料、机械及控制等多个学科的专业知识,特别适合复杂曲面的实体和空腔结构产品的单件小批量试制和加工。挤出式3D打印作为3D打印技术的典型之一,具有材料利用率高、工序简单、操作简便等优点,其中制约其应用的关键是供料装置的设计。综合现有挤出式3D打印机和螺杆泵的优点,提出了一种适合于粘稠物料3D打印的螺旋挤出式3D打印装置新结构,开展新型3D打印装置的理论设计和控制策略研究。本文的研究主要包括:1)提出了一种螺旋挤出式3D打印装置的新结构,建立了螺旋供给泵和3D打印头的数学模型,推导了打印效率、驱动功率等的计算方程;给出了螺旋供给泵和3D打印头的内部流场的理论计算公式,研究了3D打印机的内部流场的分布规律。2)针对某型蛋糕的3D打印要求,设计了螺旋挤出式3D打印装置的具体结构,利用UG软件建立了螺旋供给泵和3D打印头的三维实体模型,并将模型导入Fluent软件中进行流场和流固耦合分析,得到了接近预设值的出口压力值,使剪切力值降低了25.7%,保证物料在泵中流动平稳,速度梯度较小;对螺旋供给泵和3D打印头进行流固耦合分析,控制其最大变形量为各自最小尺寸参数的0.07%...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究意义
    1.3 3D打印技术研究现状及发展趋势
        1.3.1 3D打印技术的现状
        1.3.2 3D打印技术的发展趋势
    1.4 螺杆挤出式3D打印设备
        1.4.1 螺杆挤出式3D打印设备的现状
        1.4.2 螺杆挤出式3D打印设备的发展趋势
    1.5 本课题主要研究内容
第2章 螺旋挤出式3D打印装置的总体设计
    2.1 螺旋挤出式3D打印装置的总体方案
    2.2 螺旋供给泵的理论分析与计算
        2.2.1 螺旋供给泵的工作原理
        2.2.2 螺旋供给泵的工作参数确定及内部流场分析
        2.2.3 螺旋供给泵的内部流场计算
        2.2.4 螺旋供给泵的结构参数分析
    2.3 螺旋供给泵的结构设计
        2.3.1 螺旋供料装置的结构设计
        2.3.2 3D打印头的设计
        2.3.3 其它打印元件的设计
    2.4 螺旋挤出式3D打印装置的其它部件的设计
        2.4.1 驱动部件的设计
        2.4.2 打印机架的设计
        2.4.3 打印平台的设计
        2.4.4 其它连接件的设计
    2.5 本章小结
第3章 螺旋挤出式3D打印装置的仿真分析
    3.1 ANSYS-FLUENT的简介
    3.2 螺旋供给泵的参数化仿真分析
        3.2.1 模型参数化建立
        3.2.2 网格划分与流场分析
        3.2.3 结果参数对比及最优参数分析
        3.2.4 螺旋供给泵的流固耦合分析
    3.3 3D打印头的挤出稳定性分析
        3.3.1 模型建立与力学计算
        3.3.2 网格划分与流场分析
        3.3.3 3D打印头流固耦合分析
    3.4 转速与压力参数的影响
        3.4.1 转速变化的影响
        3.4.2 进口压力变化的影响
    3.5 螺旋挤出式3D打印装置的稳定性分析
        3.5.1 螺旋挤出式3D打印装置的整体稳定性分析
        3.5.2 其它连接件的稳定性分析
    3.6 本章小结
第4章 螺旋挤出式3D打印装置控制策略及样机设计
    4.1 螺旋供给式3D打印控制流程
        4.1.1 3D打印过程运动控制方式
        4.1.2 3D打印控制元器件选型
    4.2 螺旋挤出式3D打印装置的运动控制
        4.2.1 螺旋供给泵的控制理论
        4.2.2 3D打印机的运动控制
    4.3 螺旋挤出式3D打印装置的设计
        4.3.1 螺旋供给泵的设计
        4.3.2 驱动传动组件的设计
        4.3.3 其它连接件的设计
        4.3.4 螺旋挤出式3D打印装置的搭建
    4.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3771019