正交实验设计优选FDM_3D打印工艺参数

由于FDM_(3)D打印工艺参数对制件力学性能有较大影响,采用正交实验设计方法,系统地探讨了聚乳酸(PLA)材料在熔融沉积成型3D打印过程中,不同工艺参数对试样拉伸性能的影响程度。实验结果表明,在4个工艺参数中,填充密度对PLA试件的拉伸性能影响最为显著,而打印速度对拉伸强度的影响则相对较小。通过极差分析得出,当打印层厚为0.25 mm,填充密度为70%,填充速度为50 mm/s,并采用内六角填充模式时,可以制得拉伸性能最优的PLA制件,方差分析表明填充密度对抗拉强度影响较显著(P<0.05),层高、打印速度、填充单元对抗拉强度影响均不显著。最后,通过实验证实了上述工艺下的试件具有最高的拉伸强度。这一发现对于优化FDM 3D打印工艺参数,提升PLA制件力学性能具有重要的指导意义。

基于FDM-AHP的婴儿摇椅五感设计研究

五感体验是人类感受外部世界并建立多维认知的重要途经,婴儿时期是感官通道发育的黄金期,此研究基于五感理论探索更为科学有效的婴儿摇椅的创新设计。研究依据五感理论梳理市场已有的婴儿摇椅,得出初步的产品设计要素;采用模糊德尔菲法(FDM)对初步得出的设计要素进行筛选,建立五感设计层次模型;利用层次分析法(AHP)确定筛选后的设计要素对婴儿五感发育的综合权重。构建婴儿摇椅的五感设计模型,对婴儿摇椅进行创新设计,并使用模糊综合评价法对设计方案进行评估。此研究将五感理论融入婴儿摇椅的研究中,旨在促进婴儿感官通道健康发育,为婴儿成长带来正向积极的引导。

基于FDM工艺PLA材料制件成型精度研究

为研究熔融沉积(FDM)3D打印工艺参数对制件成型精度的影响,提高聚乳酸(PLA)材料在该技术中的应用水平,重点考察了打印速度、分层厚度、打印温度、填充率四个因素对制件尺寸精度的影响。基于四因素四水平正交试验法,对打印制件尺寸的测量结果进行极差分析,得到最优打印参数为打印速度50mm/s,分层厚度0.10mm,打印温度210℃,填充率15%。多因素方差分析结果表明:打印速度、填充率会对X,Y向尺寸精度产生影响;填充率、分层厚度会对Z向尺寸精度产生影响。

基于FDM工艺的多功能3D打印机结构设计

该文针对传统3D打印机对于零部件的打印精度、加工效率以及许多异形曲面结构打印难以达到加工需求,且设备在运作时还会发热振动,产生噪音等问题进行优化,采用Creo软件设计一种基于熔融沉积制造(FDM)工艺且具备打印、打磨、清扫功能的3D打印机,并对多个零部件3D模型进行仿真和力学分析,分析喷头的温度场分布及五孔连接盖板、脚垫支架的受力分布。结果表明,该设计可实现减少耗材,降低发热振动,有效提高打印精度,缩短打印时间,结构稳定合理,具有较好的推广应用价值。

基于FDM 3D打印机机械结构和控制系统设计的研究

研究FDM技术支持下的3D打印机设计策略。使用步进控制精度在0.002 mm的丝杠滑块和步进电机的核心坐标控制系统,分别使用1组丝杠控制X轴和Y轴的定位,使用2组丝杠控制Z轴的定位,使用3组FDM挤出系统控制彩色打印过程,在探讨了坐标控制算法和冷却成型算法后,设计了一种包含7个执行机构且有LED综合状态显示功能的3D打印机机械结构和控制系统,且该系统可直接通过USB连接线从桌面端直接将文件传输到3D打印机的ARM系统中。基于FDM 3D打印机机械结构和控制系统设计的研究,可以得出:通过对坐标控制算法和冷却成型算法进行革新,提升对步进电机的控制策略,增加驱动程序可识别的3D模型文件种类,对FDM材料的成型过程进行进一步优化控制,是未来FDM技术支持下的3D打印机重点发展方向。

PROCESSING PARAMETER OPTIMIZATION OF FDM BASED ON ROBUST DESIGN

The influence of processing parameters on the precision of parts fabricated by fused deposition modeling （FDM） technology is studied based on a series of performed experiments. Processing parameters of FDM in terms of wire-width compensation, extrusion velocity, filing velocity, and layer thickness are chosen as the control fac- tors. Robust design analysis and multi-index fuzzy comprehensive assessment method are used to obtain the opti- mal parameters. Results show that the influencing degrees of these four factors on the precision of as-processed parts are different. The optimizations of individual parameters and their combined effects are of the same impor- tance for a high precision manufacturing.

TPU导电丝材FDM打印及性能研究

为解决熔融沉积成型(FDM)打印器件力学性能低、功能性单一等问题,提出将聚氨酯(TPU)导电丝材用于FDM打印的方法,对打印件的力学性能、电磁屏蔽性能、压力传感性能进行了测试。结果表明:打印出的导电TPU试样表现出较好的力学性能,其抗拉强度为61.48 MPa,弹性模量为41.64 MPa,断裂伸长率为134.33%;在弯曲应变为10%时,弯曲强度为0.15 MPa,弹性模量为1.38 MPa,厚度为4 mm的打印试样在测试频率11.3 GHz时电磁屏蔽值为11.9 dB。制备的传感器工作范围为0~100 k Pa,其在0~10 kPa和10~100 kPa压力范围的灵敏度分别为0.107 kPa~(-1)和0.002 kPa~(-1),具有良好的稳定性和重复性。导电TPU丝材在电磁屏蔽、压力传感方面具有潜在的应用前景,拓宽了FDM打印的材料选择和应用潜力。

FDM连续挤压成型过程中温度场的有限元分析

在熔融沉积成型中,针对动态重新划分网格法描述金属流动变形存在计算复杂且工作量大的问题,提出一种连续挤压成型过程中温度场的有限元分析法。通过采用逐次单元法对熔丝在挤压槽内的应力进行分析,得出铝丝与轮槽各接触面上的热流密度,建立温度场有限元分析的数学模型。采用热流密度等效法对金属流动变形进行数值分析,减少计算时间,提高CPU效率。利用有限元分析软件对挤出喷头中的温度场进行热力耦合模拟仿真,获得在不同转速下挤压槽内温度场分布等值线图。仿真结果表明,熔丝在挤压成型过程中,温度场分布均匀,总体状态稳定,保证了成型质量,改进后程序运算时间减少30.9%,CPU运行效率优化17.3%。

中高应变率下钙质砂单颗粒破碎试验与FDM-DEM数值模拟研究

钙质砂作为岛礁基础设施建设中重要的珊瑚礁岩土材料,常面临飞机起降、波浪流等动力冲击荷载的影响.为了探究钙质砂在中高应变率下的冲击动力学特性,通过开展一维微型霍普金森压杆(SHPB)单颗粒冲击试验,建立有限差分-离散元耦合(FDM-DEM)的数值模型,研究了中高应变率下钙质砂单颗粒宏观冲击特性和微观破碎机理.结果表明,随着应变率从10^(3) s^(-1)提高到10^(4) s^(-1),代表断键开始的相对时间从93%先下降到59%,又上升到78%,裂纹扩展的开始时间先提前后延后;代表相对断键时程的相对时间从7%先上升到63%,又下降到31%,裂纹扩展速度先减缓后加快.此外,当颗粒出现应力峰值时,其破碎程度显著增加;颗粒在破碎前的压缩量增加,表现出一种阻止颗粒进一步破碎的黏滞性.

FDM 3D打印用ABS材料研究进展

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)作为一种综合性能良好的工程塑料,已经成为熔融沉积成型(FDM)3D打印工艺的主要原材料。但其打印件翘曲变形较大,且力学性能较差,限制了FDM在工业领域的应用。目前,已经有相关研究人员开展FDM工艺的改性ABS材料研究,并取得了一定进展。本文针对FDM3D打印改性ABS材料的研究进展进行了综述,包括无机填料改性ABS、塑料合金改性ABS、纤维改性ABS以及纳米材料改性ABS。并对FDM 3D打印用ABS材料未来的研究和发展方向进行了展望。

基于FDM的煤矿机械轴承劣化程度辨识

针对煤矿机械轴承运行过程中劣化程度较难确定致使无法针对性地进行维护更换的问题,提出了基于傅里叶分解方法(FDM)的煤矿机械轴承劣化程度辨识方法。首先对齿轮箱轴承中不同劣化程度的振动信号进行FDM分解,进而得到一系列傅里叶固有频带函数分量;然后通过各分量与原信号的相关度分析,筛选出优选分量,并对其进行奇异值分解得到一系列奇异值特征向量;最后将各劣化程度对应的奇异值特征向量作为极限学习机(ELM)的输入进行轴承劣化程度的辨识。实验结果表明,该方法能较好地应用于轴承的劣化程度辨识,对轴承的预知性维护、更换具有较大的现实意义。

一种新型六自由度FDM打印机结构方案设计

FDM技术(熔融层积成型技术)作为制造业企业运用最广泛的一项关键技术,在打印悬空、复杂几何形状试制件过程中产生大量的支撑结构,会造成打印丝材的浪费和降低打印效率,同时还会导致所打印的产品表面质量降低以及繁重的产品后处理工作。基于FDM龙门结构,通过增加打印平台2个旋转自由度和打印喷头的1个旋转自由度,提出了一种新型六自由度FDM打印机结构设计方案;并对打印平台和打印喷头的传动结构作进一步三维结构设计;对模型进行了仿真试验,验证了该装置能有效实现减少支撑结构效果,这对于FDM打印机结构设计优化提出了新的发展思路。

基于工业级FDM 3D打印的汽车车门设计及制造

基于工业级FDM 3D打印技术,以汽车车门为研究对象,提出Z+方向和Z-方向两种打印方案。分析车门结构特征,利用CATIA软件完成汽车车门的创新设计,并用自主研发的EDP-01工业级FDM 3D打印设备完成车门缩比模型的打印。两种方案打印分别耗时16 h和10 h,大幅度缩短了制造周期及研发成本;通过对两种方案的打印件进行质量评估,确定最终打印方案,并提交客户。

基于FDM的3D打印技术研究现状与发展趋势

熔融沉积制造(FDM)技术是3D打印领域应用最为广泛的类型。为便于相关研究工作的进行,解释了FDM的工作原理,概括了FDM用成型材料的种类和特性以及FDM技术的应用领域,总结了FDM技术在国内外的研究现状及取得成果,分析了FDM技术存在的缺陷并提出相应的改进方法,最后,对FDM打印技术进行了展望。

熔融沉积(FDM)3D打印工艺参数优化设计研究

通过分析FDM成型工艺,设计试验加工模型。对模型主要工艺参数进行数学建模分析,分析推导出尺寸误差和表面精度误差产生的机理以及具体的表面精度误差函数。通过对表面精度误差函数的仿真结果的分析,确定打印工艺参数取值。通过3D打印机与上位机建立熔融沉积(FDM)3D打印机试验平台,并设计了基于正交试验法的FDM打印机参数优化方案,通过试验结果的分析,得出了工艺参数的最优组合以及影响的主次顺序,再次利用试验验证了参数分析和优化结果的正确性。

基于FDM工艺的零件成型质量工艺参数研究

成型精度和打印质量一直是FDM打印的关键问题,在已有模型误差和机械误差的研究基础上,从工艺参数误差着手,分析了不同参数设置所导致的精度误差问题,提出了一种基于正交试验法来提高打印精度和成型质量的切片参数优化设计方法.在参数选取时,利用FDM成型原理构建参数设置方程,将该参数对成型精度的影响具体化,通过设置方程计算出最合理的参数并应用正交试验选择出最优的参数配比,进而实现FDM工艺参数优化设计,并利用实例验证了该方法的有效性.

FDM工艺中填充率对塑料制品力学性能的影响

FDM工艺作为3D打印技术的实现方法之一,依据易操作、成本低、成型周期短等优点,近些年取得了快速发展。但3D制品的力学性能一直是制约其发展的重要因素,提高3D制品的力学性能对扩大其应用范围具有至关重要的作用。针对FDM工艺中制品的填充率展开实验探索,通过FDM工艺制备ABS和PLA 2种试样,并与同种材料的注塑试样进行对比,探究了填充率对拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率的影响。结果表明,拉伸强度和拉伸模量随填充率的提高而增强,断裂伸长率随填充率的提高呈现先提高后下降的趋势;当填充率为100%时,基本能达到注塑件的拉伸强度,而且,PLA材料的拉伸模量高于注塑件;ABS材料的断裂伸长率也高于注塑件。可见,制品填充率会影响FDM制品的力学性能,合理选择填充率能够获得接近或超过注塑工艺水平的FDM制品,同时降低生产成本。

FDM工艺出丝模型及补偿方法的研究

在研究 FDM工艺喷头挤出丝截面形状的基础上 ,建立了理想轮廓线的补偿模型 ,并通过实例对该模型进行了验证。提出了根据挤出丝实际宽度 (而非喷嘴孔直径 )和零件尺寸实际收缩量补偿零件内外轮廓的新方法 ,即不仅要考虑材料收缩对零件“宏观”尺寸的影响 ,而且还需考虑材料收缩对“微观”尺寸——挤出丝截面宽度的影响。验证试验结果表明 ,应用所提出的补偿方法能对 FDM工艺原型尺寸进行正确补偿。

FDM工艺中构建取向对塑料制品力学性能的影响

3D打印技术在塑料加工领域的影响力越来越大,但3D打印制品依然存在强度不足等问题。选用3D打印技术中的熔融沉积成形(FDM)技术作为研究对象,通过实验ABS及PLA试样的拉伸强度及断裂伸长率,分析了FDM技术中构建取向对塑料制品力学性能的影响,此外通过与注塑试样进行对比,研究了FDM技术制品与传统注塑制品力学性能上的差距。实验结果表明:采用不同构建取向的试样呈现各向异性,但对ABS试样的影响大于PLA试样;ABS试样的拉伸强度最高约为注塑试样的78.53%;PLA试样与注塑试样无较大差距,但断裂伸长率最高仅为67.77%。实验证明合理的构建取向能够提高FDM制品的力学性能,接近或达到注塑工艺的水平,验证了FDM技术制备功能产品方面的可行性。

FDM工艺过程中丝材的粘结机理与热学分析

分析了熔融堆积成形(FDM)工艺中挤出丝材的温度随时间、路径的变化规律,通过对丝材物理模型的合理假设,建立了挤出丝材温度场的数学模型,并根据Stratasys商用机FDM2000所使用的ABS-P400丝材的热学参数,结合聚合物的粘结机理,验证了模型的合理性.