基于HIPS材料3D打印件力学性能分析及应用

作     者：王耿杰 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯文彬

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：增材制造 FDM 力学性能分析 灰色关联分析 流体仿真分析 

摘      要：增材制造技术是近几年来被广泛关注的一种新型的成型制造技术,国内外众多的科研机构都在聚焦增材制造技术的研究。相较于传统的制造方式,增材制造技术具有无需开发设计模具且生产加工灵活性强的特点,所以它更加适合于制造生产周期短,需要验证造型的零件。在众多的增材制造技术中,熔融沉积制造(FDM)技术因为其材料方便易得,机器操作简便,零件成型效果好的特点被应用和研究的最为广泛。目前,对于熔融沉积制造技术研究主要涵盖零件成型期间的变形,零件成型参数的选取,零件力学性能的研究和零件本构模型的仿真分析。在众多的研究分析中,针对于熔融沉积制造技术的分析研究主要是理论方面和试验方面。因为通过熔融沉积制造技术制造生产的零件的性能并不稳定且打印试件的质量会有波动,故针对于熔融沉积制造技术与实际的生产应用相结合地研究比较少。为了弥补这一方面的研究内容,本文基于熔融沉积制造技术对HIPS材料进行研究,通过力学性能试验和数据处理选择出最好的力学性能打印参数,并将得到的参数同汽车的进气歧管相结合,设计出满足汽车相关使用工况的汽车进气歧管模型,并通过流体仿真进行数据分析。首先选择打印方向,片层厚度和光栅间隔为加工工艺参数,进行拉伸、压缩和弯曲试验。运用方差分析法分析各个加工工艺参数对于熔融沉积制造技术打印试件力学性能的影响,以及每个工艺参数水平值的选取对于打印试件力学性能的影响程度。其次分析拉伸强度、抗压强度和抗弯强度等试验数据。运用灰色关联分析法分析得到综合力学性能最优的工艺参数组合,得到综合力学性能最优的打印试件,进而确定在一定工艺参数范围内的最优解。再次与传统的热压成型工艺试件相对比,分析两者之间力学性能的差异。制备热压成型相关的模具,通过拉伸试验得到热压成型试样的拉伸强度。将其同熔融沉积制造技术打印试件的拉伸强度相比较,分析两者之间性能的差异及产生差异的原因,以便为以后零件的生产制备做出参考。最后根据已经得到的材料力学性能,设计有关的汽车进气歧管模型,期望可以通过熔融沉积制造技术制备出满足不同工况下内壁承压强度的汽车进气歧管。为了验证设计模型的真实可靠,利用流体力学分析软件模拟不同进出气压差下的进气歧管内部压力承受情况,并同材料的试验结果进行对比。