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《西安理工大学》 2019年
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FDM中温度和层厚对成型质量和成型效率的影响研究

王馨翊  
【摘要】:熔融沉积成型技术(FDM)作为快速成型技术的一种,与传统加工技术相比具有加工成本低、制造工艺简单、制造过程柔性高、成型件结构的复杂程度高等明显优势,因此在制造业具有广泛应用。然而熔融沉积成型技术的成型质量和成型效率一直制约着这门技术的发展,本文研究熔融沉积成型中的温度和分层厚度对成型质量和效率的影响,探索提高质量和效率的方法,具有重要的理论意义和应用价值,具体工作如下:建立了熔融沉积成型过程的热分析有限元模型,确定成型机加热装置的温度场类型、热传递方式及导热方程和边界条件。建立了加热装置的三维几何模型和Ansys有限元模型,进行了温度场仿真分析,获得了加热装置在不同热载荷下的温度场云图和热流密度云图。仿真结果表明,熔融沉积成型的温度场总体状态稳定,成型过程温度场波动较小,可以持续保持热量的供给以保证成型件的成型质量和成型效率。建立了熔融沉积成型机实验平台,通过红外热像仪对成型温度进行检测,获得了成型过程的温度场分布图。采用徕卡DCM3D显微镜等测量设备对不同成型温度下成型件的表面粗糙度、尺寸精度、拉伸强度和弯曲强度进行了测试分析,获得了熔融沉积成型的温度对成型质量和效率的影响规律。实验结果表明成型温度越高,成型件的质量越好,同时考虑升温降温过程中的时间因素,会使成型效率有所降低。使用归一化的处理方法改进了基于模型STL格式表面三角面片法向量的自适应分层切片算法,较好的解决了模型分层过程中自适应分层效果差的问题。通过Matlab软件分别对层厚0.1mm和0.3mm的等厚分层算法、自适应分层算法和改进的自适应分层算法同时进行仿真对比分析,结果表明使用改进算法的模型切片数减少,自适应效果显著提高。使用C++语言和Python语言基于分层软件Cura完成了自适应分层算法及其改进算法的编译和调试,通过熔融沉积成型实验对仿真结果进行了验证,实验结果表明使用改进的自适应分层算法可以使成型效率提高22%,表面粗糙度降低29%。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH16;TP391.9

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