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fdm快速成型的多工艺参数优化及其在摩托车下插头的应用研究

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FDM快速成型的多工艺参数优化及其在摩托车下插头的应用研究

作者：高善平华侨大学

学位级别：硕士

随着数字化设计技术和材料科学技术的发展,3D打印技术逐步被广泛应用,fdm熔融堆积成型作为3D打印技术的主要成型工艺,最先被用于工业产品的制造、新产品开发的试制与调试以及工艺品的制造等领域,其快速实现了新产品试制中的测试及修改,... 详细信息

随着数字化设计技术和材料科学技术的发展,3D打印技术逐步被广泛应用,fdm熔融堆积成型作为3D打印技术的主要成型工艺,最先被用于工业产品的制造、新产品开发的试制与调试以及工艺品的制造等领域,其快速实现了新产品试制中的测试及修改,大大节省了产品的开发时间,从而降低了新产品的研发成本。目前,受到材料性能的影响,fdm成型件的机械性能未能完全代替传统产品制件,使用者对其机械性能要求不高,但是成型精度受到广泛用户的重视。因此,如何获得一套稳定的工艺方案是3D打印成型工艺实现“3D快速制造”的关键技术之一。主要工艺参数对制件的表面粗糙度和尺寸精度影响的理论研究。运用经验法和试验方法确定层厚、扫描速度、打印温度、填充率为影响粗糙度和尺寸精度的主要工艺参数。本文选取以上四个参数从制件的表面粗糙度、尺寸精度等方面进行研究。根据成型过程中出现的阶梯效应,利用轮廓算术平均偏差作为评价指标,推导fdm成型表面粗糙度的数学表达式,绘制出成型角度、层厚与成型件表面粗糙度的关系曲线,分析了单因素对成型件表面粗糙度的影响规律,并通过试验验证其合理性;系统分析fdm成型的全过程,从成型原理出发,探索成型丝材在实物丝宽与数据模型轨迹宽度的差异性,提出和构建变动误差补偿的丝宽截面模型。从理想状况出发,分析丝宽对成型精度的影响,通过试验验证其合理性,并在此基础上考虑其与成型过程中丝材的收缩变形的交叉影响,提出变动误差补偿的数学模型,研究不同成型角度对成型件尺寸精度的影响规律,为后续多工艺参数的优化提供理论依据;主要工艺参数对fdm成型精度影响的实验研究。选取层厚、扫描速度、打印温度、填充率等主要工艺参数作为控制因子,运用田口理论进行试验研究,对单一尺寸进行极差、方差及回归分析,获得单尺寸目标下的最佳工艺参数组合以及影响因子的显著程度,并推导出单个尺寸误差的回归方程,通过预测值与真实值的对比分析验证其合理性;基于灰系田口方法的三尺寸试验研究与规划。对水平线性尺寸、竖直线性尺寸和圆弧尺寸进行灰关联度分析,并对灰关联度进行均值、方差以及回归分析,获得多尺寸目标下的最佳工艺参数组合及影响因子的显著程度,推导S/N比灰度回归方程,通过比较分析验证其合理性,为后续的研究提出一套基于多工艺参数优化的成型工艺参数组合;fdm成型过程多工艺参数优化的应用研究。对某公司新设计的摩托车下插头进行工艺分析,结合以上研究理论完成下插头零件的fdm成型工艺规划与加工,从成型精度、成型成本和成型效率三方面对采用优化工艺参数组合与推荐参数成型的零件进行比较分析,采用fdm技术和规划进行样品的试制,显著提高了制件的尺寸精度和大幅度降低了制造成本。尺寸精度提高了26-50%,单件加工成本只为原制造成本的0.03-0.07%,单件加工时间仅为原来的33.3-44.5%。

关键词： fdm成型多工艺参数优化田口方法下插头关联性分析

PLA/PBAT/OMMT可降解材料的制备及3D打印工艺

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PLA/PBAT/OMMT可降解材料的制备及3D打印工艺

作者：廖智南昌大学

学位级别：硕士

聚乳酸(PLA)作为最具发展前途的可生物降解塑料之一,在fdm快速成型领域具有广阔的应用空间。在应用推广过程中,材料的抗冲击性和耐热性不够,玻璃化温度低,功能性单一,限制了PLA在fdm快速成型的应用。因此本文采用同为可生物降解材料的P... 详细信息

聚乳酸(PLA)作为最具发展前途的可生物降解塑料之一,在fdm快速成型领域具有广阔的应用空间。在应用推广过程中,材料的抗冲击性和耐热性不够,玻璃化温度低,功能性单一,限制了PLA在fdm快速成型的应用。因此本文采用同为可生物降解材料的PBAT来增韧PLA以制备新型的线材,为解决其相容性问题,以有机蒙脱土(OMMT)作为两相增容剂,作前后对比。重点分析了PLA/PBAT/OMMT共混材料的力学性能、流变性能、结晶性能及其可降解性,然后对fdm快速成型的参数进行正交优化,改善其加工精度。具体研究内容如下:(1)共混PLA/PBAT/OMMT材料,采用挤出成型制备PLA/PBAT/OMMT线材,再采用快速成型制备标准试样,通过对样件的力学性能、流变性能、结晶行为、断面形貌和表观质量的测试和分析得出:纯PLA表现出硬而脆的特点,随着PBAT含量的增加,共混材料的断裂延伸率以及耐冲击强度不断提高,共混材料的拉伸强度表现出先增后减的趋势,当PBAT含量约为30%时,拉伸强度最佳;加入2%含量的OMMT后,共混材料的综合力学又有较为明显提高;PBAT的熔体粘度明显远高于PLA,纯PLA的熔体粘度最低,随着柔性粒子PBAT的加入,共混物的熔体粘度逐渐上升,在PBAT的含量为30%时,上升的最为明显。加入2%含量OMMT后,熔体粘度有明显的下降;通过X-RD和SEM分析,PLA/PBAT共混体系为不相容体系,两相界面存在大量的孔洞,且结晶性能差,为半结晶聚合物,OMMT的加入使PLA/PBAT的两相界面变得模糊,能极大的改善他们的相容性,而且还提高共混物的结晶度;通过打印制件的表观质量,当PBAT的含量在30%左右,综合快速成型性能最佳。(2)通过土埋法对共混材料进行降解测试,研究表明:对于PLA/PBAT共混材料,PLA的降解性要好于PBAT,共混材料的质量损失率随时间的增加逐渐增加,但是降解速率呈现出先慢后快的趋势。随着PBAT比率的增加共混材料的降解性大幅下降,加入2%质量的OMMT后,共混物的降解性明显增加,因为OMMT的加入起到了成核剂的作用,经成核剂改性的PLA的结晶速率很快,其分子链堆砌的可能较为分散酥松,从而使水分子更容易扩散进入试样的内部进而发生水解。(3)对快速成型过程中产生的尺寸误差和翘曲进行分析,研究发现材料的属性、喷嘴温度、平台温度、扫描速率和挤出速率以及分层厚度是影响fdm快速成型过程中精度误差和翘曲的主要因素;通过正交实验发现,成型件在X、Y、Z向的尺寸误差不都是一致的:X向>Y向>Z向,且影响各个方向精度的因素也是不一致的,在X向精度影响大小分别为:A(分层厚度)>C(喷嘴温度)>D(平台温度)>B(扫描速率);在Y向精度影响大小分别为A>D>B>C;在Z向精度影响大小分别为A>B>C>D,但最佳组合为ABCD即也是分层厚度为0.2mm,扫描速度为40mm/s,喷嘴温度为200℃,平台温度为55℃,制件精度最好。

关键词： fdm成型可生物降解增韧改性 PLA/PBAT/OMMT 工艺参数

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大型桁架连续成型关键技术研究

大型桁架连续成型关键技术研究

作者：任宽北华航天工业学院

学位级别：硕士

大尺寸、轻量化的空间桁架结构作为航天器结构的理想支撑平台,在深空探测、高分辨率对地观测等空间任务中得到了广泛应用,对提高空间太阳能电站的发电能力、空间观测器的灵敏度等方面具有重大意义。而现阶段,在轨应用的空间桁架多为折... 详细信息

大尺寸、轻量化的空间桁架结构作为航天器结构的理想支撑平台,在深空探测、高分辨率对地观测等空间任务中得到了广泛应用,对提高空间太阳能电站的发电能力、空间观测器的灵敏度等方面具有重大意义。而现阶段,在轨应用的空间桁架多为折展机构,收拢状态下机构内部仍有较多的空间未利用,且包络尺寸受火箭运载空间的限制。相比之下,在轨建造空间桁架具有发射体积更小、建造总长度更长的优势。本课题以大型空间桁架结构的连续成型为目标,选取熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,fdm)为桁架结构的制造工艺,对其打印材料、桁架构型的设计、打印机器的搭建以及成件桁架结构的力学性能进行研究。通过除气实验分析了通用打印材料的各类性能,通过对比打印丝材的机械强度、熔融温度、可长时间工作的温度环境以及是否会释放有毒气体、加工难易程度等性能,选择了PLA、PEEK、PEI等具有高性能的绿色材料,并对市场上常见的同类材料进行拉伸等实验进行对比,选择合适的材料进行后期研究。通过对比市场上的立式打印机与倾斜式打印机,以及打印成件的效果,选择倾斜式打印机为fdm成型机器,并根据研究目标实现打印机结构的搭建。根据选择的打印机结构,通过对桁架结构的成型路线分析,打印机填充路线的选择等等,设计出可无支撑成型的桁架结构。通过搭建的原理样机及设计的桁架结构进行打印,实现了任意长度桁架结构的成型。分析了忽略由腹杆产生的对桁架截面惯性矩的影响后桁架结构的弯曲载荷性能,通过对打印桁架结构的三点弯曲实验,验证桁架结构的力学性能。

关键词：空间桁架 fdm成型桁架设计弯曲载荷分析

三维打印技术在仿鲨鱼皮表面制备中的应用研究

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三维打印技术在仿鲨鱼皮表面制备中的应用研究

作者：张伟江西理工大学

学位级别：硕士

三维打印技术又称快速成型技术,从19世纪发展到今天,已经逐渐被应用在产品设计和制造领域,并且彻底改变了其流程,颠覆了传统制造业对模具或其他机械加工设备的依赖,利用“增材制造”的原理,结合CAD技术和材料加工成型技术,快速完成复杂... 详细信息

三维打印技术又称快速成型技术,从19世纪发展到今天,已经逐渐被应用在产品设计和制造领域,并且彻底改变了其流程,颠覆了传统制造业对模具或其他机械加工设备的依赖,利用“增材制造”的原理,结合CAD技术和材料加工成型技术,快速完成复杂零件的制备。熔融沉积成型(fdm,Fused Deposition Modeling)是三维打印技术中最基层也是最具代表性的成型技术,目前使用最普及,它可以精确、高效的将复杂三维模型逐层堆积成有着一定强度的实体原型。因此本文以fdm快速成型技术为基础,用强度和耐磨性能较好的绿色高分子工业级热塑料PLA作为打印耗材,打印出具有一定精度的近似鲨鱼皮盾鳞结构的模型。本课题先从鲨鱼皮盾鳞结构模型的建立开始着手,根据已有的参数,结合Getdata,Matlab等工具软件获取详细的模型数据,通过Soildworks三维软件建立近似鲨鱼皮盾鳞结构的模型。并运用Ansys中的Fluent流体模块对不同比例参数下仿鲨鱼皮减阻效果进行了对比分析。其次对fdm打印机的机械结构、工艺特点、制备工艺、成型材料以及送丝出丝过程进行了理论分析,并分析了fdm成型参数与成型精度,工艺参数的设置。通过对三个打印鲨鱼皮盾鳞结构模型影响较大的因素的正交试验,包括层高、打印速度、挤出宽度,对每组不同参数下成型件的打印质量进行对比和分析。

关键词：三维打印仿生盾鳞结构减阻 fdm成型

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三维熔融沉积成型原理与技术研究

湖南城市学院学报（自然科学版） 2016年第5期25卷 71-72页

作者：束晓永韩江丁芳婷合肥工业大学建筑与艺术学院安徽合肥230009

通过分析fdm三维成型原理和方式,对比不同架构的优缺点及耗材发展特点,探明发展过程中会遇到的瓶颈,和可能的不利影响因素。通过建立智能平台,发挥fdm 3D成型技术和成本优势,整合创新产业资源,运用新技术对大众创新的支持,创建合理良性... 详细信息

通过分析fdm三维成型原理和方式,对比不同架构的优缺点及耗材发展特点,探明发展过程中会遇到的瓶颈,和可能的不利影响因素。通过建立智能平台,发挥fdm 3D成型技术和成本优势,整合创新产业资源,运用新技术对大众创新的支持,创建合理良性发展生态圈,促进良性循环。

关键词： 3D打印 fdm成型智能平台创新

fdm 3D打印件翘曲变形的工艺分析与优化

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轻工科技 2016年第6期32卷 61-62,91页

作者：田玉琬文成安芬菊列智豪黄伟蓝广东海洋大学广东湛江524088

针对熔融沉积3D打印中出现的翘曲问题,制定正交打印试验方案,研究喷头温度、打印速度、分层层厚和填充率对打印样件翘曲变形的影响,采用极差分析法制定最合理的工艺参数组合,以减少翘曲变形量,保证打印产品的成型精度和表面质量,为桌面3... 详细信息

针对熔融沉积3D打印中出现的翘曲问题,制定正交打印试验方案,研究喷头温度、打印速度、分层层厚和填充率对打印样件翘曲变形的影响,采用极差分析法制定最合理的工艺参数组合,以减少翘曲变形量,保证打印产品的成型精度和表面质量,为桌面3D打印技术的推广应用提供新的思路。

关键词： 3D打印 fdm成型翘曲变形正交试验

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熔融沉积3D打印成型缺陷研究与对策

今日自动化 2018年第1期 24-25页

作者：傅洁琼广州城建职业学院机电工程学院广州510925

熔融沉积（fdm） 3D打印是目前应用范围较广的一种成型技术.但是制约这一成型技术发展的主要瓶颈在于打印精度、成型材料和产品成本.fdm在成型过程中会出现一系列的影响其外观和尺寸精度的问题,诸如成型件拉丝、出现孔洞或者缝隙、填... 详细信息

熔融沉积（fdm） 3D打印是目前应用范围较广的一种成型技术.但是制约这一成型技术发展的主要瓶颈在于打印精度、成型材料和产品成本.fdm在成型过程中会出现一系列的影响其外观和尺寸精度的问题,诸如成型件拉丝、出现孔洞或者缝隙、填充不牢固、层错位等.本文针对打印产品存在外观和尺寸精度的问题,找出相关的原因,并提出切实可行的对策.

关键词： fdm成型打印精度打印温度