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FDM快速成型进给系统的研究与设计

王远伟  
【摘要】:快速成型技术是21世纪的一种新兴技术,起源于20世纪80年代,一般称之为3D打印技术。快速成型技术一经问世,便以其集设计、制造于一身的技术特色迅速被人们所接受。熔融沉积快速成型技术(FDM)属于桌面型3D打印技术,因其体积小,便于携带且操作简单而受到普通用户的喜爱。近年来,桌面型3D打印技术热度越来越高,在所有快速成型技术中发展最快,而熔融沉积技术在桌面型3D打印技术中目前是市场占有率最大的一个,所以应用较为广泛。在熔融沉积技术中,进给系统是主要的硬件系统,主要包括送丝系统和喷头系统。送丝系统负责打印耗材的拉取和推进,喷头系统负责耗材的熔化和挤出成型。本文首先分析了送丝系统中影响送丝驱动力的各个因素。如对驱动轮的分析以及夹紧装置的分析。结合理论研究,提出了送丝系统的设计思想和设计方案,即采用V型驱动轮依靠楔形增压的原理来提高驱动辊之间的正压力,达到提高整体送丝驱动力的目的,从而保证了送丝驱动力的满足和稳定。另外采用弹簧可调节夹紧装置,来实现同一机器不同直径丝材的打印,满足打印的多需求。其次在喷头系统的设计中,由于喷头系统要满足丝材的流动和挤出,所以首先探讨了高聚物的一些流变性质以及传热学理论。然后结合理论分析设计了丝材流动的合理熔道和流动过程中的散热模块。散热模块的加入主要是分割丝材熔变区和未熔区,减小丝材的不均匀熔化区,从而解决由于流动阻力增大而导致喷头堵塞的现象。在进给系统的不同设计环节,分别进行了理论仿真分析和实验验证,从而验证了设计的合理性。目前送丝系统送丝驱动力得到了大幅提升,同时还可以满足不同直径丝材的打印,满足了打印的多需求。喷头系统也很好的解决了卡丝堵塞问题,另外也解决了打印过程中熔液渗出的现象,从而保证了成品率和打印质量。


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