基于FDM工艺的多材料数字化制造技术研究

【摘要】：随着航天工程、生物工程、工业工程以及微机电系统等科学技术的日益迅猛发展,当今社会对产品零件的性能要求愈来愈高,由单相或均质材料构成的普通零件已常常难以满足产品对零件的功能要求,这使得基于快速成型技术的多材料零件的设计与制造成为先进制造技术领域的前沿课题之一。 本文以基于FDM工艺的多材料零件数字化设计制造展开探索研究,针对多材料零件内部的材料无序分布难以表达的问题,提出了一种基于多色距离场的多材料零件模型的建模方法,采用基于多色距离场的建模方法将模型的材料信息映射成模型的色彩信息,阐述了多材料模型的材料信息与结构信息的表示方法。 重点针对多材料零件难以制造的问题,本文构建了基于熔融沉积快速成形工艺的多材料零件的成形系统装置。对多材料零件成形系统的机械系统、控制系统、软件系统等展开研究。并对多材料零件成形装置的控制系统进行重点研究,完成了基于FDM工艺的多材料零件成型装置的控制系统设计开发工作。 基于搭建好的成形装置,本文对多材料零件模型进行了大量的成形测试与数据分析,运用正交实验法分析研究成形过程中各影响因素及其相互组合对多材料零件成形质量的综合影响,并在此基础上对多材料零件成形的工艺参数进行优化。基于优化的工艺参数对多材料零件进行加工成形,实验结果表明成形系统各项指标和性能都已达到了设计目标。本文所设计搭建的多材料零件的成形系统平台为多材料零件的集成化设计与快速制造奠定了基础。