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基于FDM工艺的双喷头设备开发及工艺参数研究

李成  
【摘要】:快速成型(RP: Rapid Prototype)是一类利用增材原则从CAD数据直接制造实体零件技术的总称。熔融沉积制造(FDM: Fused Deposition Modeling)使用具有热塑性的丝状材料来进行实体零件的逐层沉积制造,具有成本低、设备轻巧、环境友好等诸多优点。但是FDM有其自身的缺点,例如制件速度不高、需要打印支撑导致后处理困难以及制件精度低。 本文设计了一款具有高速打印,支撑容易去除的双喷头FDM设备。双喷头FDM的开发主要包括:机械系统、控制系统、软件系统、成型材料的开发。本文主要针对设备的机械结构设计以及优化进行详细的介绍,并对设计出的设备进行工艺参数优化以提高制件的最终精度。 首先,分析传统设备的结构,设计了X-Y平面内的同步带十字传动方式,降低了光杆导轴的受力载荷以及运动过程中的变形。将一体式的喷头拆分为挤丝装置与高温喷头两部分,进行模块化的设计,进一步降低了运动部件的质量。通过三维实体设计软件对结构设计中各零部件进行设计和虚拟装配。 其次,在对FDM工艺制件误差进行了详细的研究后,设计了特有的实验样品,以所设计的双喷头FDM设备为实验平台,进行了田口实验,研究不同参数组合下样品五个重要尺寸的变化。为了获得提高制件整体精度的最佳工艺参数,又对试验数据进行了灰色关联分析,获得整体尺寸最优的工艺参数组合,取得了理想的效果。 本文的内容具有一定的工程实用价值,对于同类结构的设计和优化具有重要的参考作用。参数优化的方法在进一步提升FDM工艺或者开发其他工艺方法上都能使用,同时也能在航空、汽车、制药等行业的过程控制中广泛运用。


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