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机械工程学报 2019年第15期55卷 226-232页

作者：姜世杰史银芳 SIYAJEU Yannick 赵春雨东北大学机械工程与自动化学院

熔融沉积成型(Fused deposition modeling, FdM)是当今迅速发展起来的一种快速成型技术(也称3d打印技术),其在一定时间内能够直接打印出具有复杂几何形状的模型或零件。然而,FdM产品在振动性能方面很难与传统加工方式生产的零件相媲美,... 详细信息

熔融沉积成型(Fused deposition modeling, FdM)是当今迅速发展起来的一种快速成型技术(也称3d打印技术),其在一定时间内能够直接打印出具有复杂几何形状的模型或零件。然而,FdM产品在振动性能方面很难与传统加工方式生产的零件相媲美,成为制约该技术发展的重要因素之一。随着FdM产品的应用越来越广泛,需要对其进行更为实际的振动特性分析。文中研究了不同路径宽度对FdM薄板固有特性的影响规律及其相应机理,以悬臂边界条件下FdM薄板为研究对象,基于经典层合板理论,采用双向梁函数组合法表示振型函数,并通过Ritz法求解获得了FdM薄板的固有特性,进而提出了理论计算FdM薄板固有特性的具体流程;与此同时,搭建了FdM薄板的固有特性测试系统,获得了薄板样件的固有频率和模态振型;最后,将理论计算结果与实验结果相对比,以验证理论分析方法的正确性和可靠性。此外,论文还将为提高FdM产品动力学性能方面的研究提供一定的理论基础和技术支持。

关键词：熔融沉积成型 3d打印薄板路径宽度固有频率模态振型

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FdM薄板振动特性的理论与实验研究

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东北大学学报（自然科学版） 2019年第4期40卷 516-520页

作者：姜世杰史银芳 SIYAJEU Yannick 闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

熔融沉积成型(FdM)是一种能够直接打印出具有复杂几何形状零件的快速成型技术.然而,FdM在振动性能方面很难与传统加工方式相媲美,需要对其进行更为实际的振动特性分析,为此首次提出FdM 3d打印薄板的振动特性理论建模方法.以悬臂边界条件... 详细信息

熔融沉积成型(FdM)是一种能够直接打印出具有复杂几何形状零件的快速成型技术.然而,FdM在振动性能方面很难与传统加工方式相媲美,需要对其进行更为实际的振动特性分析,为此首次提出FdM 3d打印薄板的振动特性理论建模方法.以悬臂边界条件下FdM薄板为研究对象,基于经典层合板理论,采用双向梁函数组合法表示振型函数,并通过Ritz法求解获得了复合薄板的固有特性;搭建了FdM 3d打印薄板的固有特性测试实验台,以获得薄板的模态振型和固有频率;计算与实验结果验证了理论计算方法的正确性和可靠性.

关键词：熔融沉积成型振动特性 3d打印薄板理论建模测试系统

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过程参数对FdM薄板动力学性能的影响机理研究

过程参数对FDM薄板动力学性能的影响机理研究

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作者：史银芳东北大学

学位级别：硕士

快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是一种新兴发展的通过将材料层层累加堆积成型的制造技术,又称为3d打印技术。其中,熔融沉积成型(Fused deposition Modeling,FdM)是当今应用最为广泛的快速成型技术之一,然而,采用材料逐层累加的制... 详细信息

快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是一种新兴发展的通过将材料层层累加堆积成型的制造技术,又称为3d打印技术。其中,熔融沉积成型(Fused deposition Modeling,FdM)是当今应用最为广泛的快速成型技术之一,然而,采用材料逐层累加的制造工艺,3d打印零件报废率惊人,因为生产过程气孔、夹杂、层间分离等问题,会极大地影响产品的力学性能;此外,在成型中基本无压力过程,层与层之间连接得不够紧密,致使目前3d打印产品的机械性能很难与传统加工工件相媲美。随着3d打印应用领域的拓展,其产品越来越多地应用于机械加工、交通运输等实际工况中,因此需要对制品进行更为实际的动力学特性分析,为了解决上述问题,本文以3d打印薄板为研究对象,探究过程参数对FdM零件动力学性能的影响,并围绕其机理开展研究。具体研究内容如下:(1)FdM 3d打印薄板动力学特性的解析分析,具体包括:以悬臂边界条件下FdM 3d打印薄板为研究对象,基于经典层合板理论建立了薄板样件的理论分析模型;然后利用双向梁函数组合法对样件的固有特性进行了解析推导;最后,通过振型叠加法求解了样件在脉冲激励下的振动响应,提出FdM 3d打印薄板动力学特性的具体流程,并完成了计算程序的编写。(2)薄板样件的实验与仿真研究,具体包括:首先根据ASTM d638标准,利用拉伸试验机完成了不同样件的拉伸实验,确定了各样件的材料属性参数;然后基于正交试验法完成了所需薄板样件的制备,并利用锤击法测试获取样件的固有特性参数和振动响应曲线,并进一步确定其阻尼比;此外,针对这些样件的表面还进行了扫描电子显微镜(SEM)分析,以从微观角度说明过程参数的改变对样件的影响;与此同时,运用ANSYS Workbench仿真软件对FdM 3d打印薄板分别进行了模态分析和谐响应分析,以获得样件的固有频率、模态振型和振动响应等仿真结果。(3)不同过程参数对样件动力学性能的表征研究,具体包括:首先对比分析了样件动力学特性参数的解析结果、实验测试和仿真结果,确定了 FdM薄板理论分析模型的正确性;然后分别总结了不同的打印方向、打印层厚度以及路径宽度三个过程参数对样件动力学特性参数的影响规律,完成表征分析;最后对比扫描电子显微镜(SEM)分析结果,进一步确定过程参数对样件动力学性能的表征结果。本文完成了 FdM工艺参数的变化对薄板样件动力学性能的影响机理研究,研究成果有助于提高FdM成品的动力学性能,并且为今后的研究提供重要的参考和技术支持。

关键词：熔融沉积成型 3d打印薄板过程参数模态分析理论建模

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