熔丝加工成型薄板的动力学特性及响应

通过熔丝加工成型(fused filament fabrication,FFF)理论与实验相结合,研究了悬臂边界条件下FFF薄板的固有特性和振动响应.首先,针对FFF薄板的分层和正交各向异性等特点,基于正交多项式法对其进行理论建模.然后,通过Ritz法获取FFF薄板的固有特性,再利用频域振动方程解析研究薄板内任意一点的振动响应.最后,以聚乳酸(PLA)FFF薄板为例,实验研究了其固有特性和动态响应,以分析验证理论模型的正确性.结果表明:本文建立的FFF薄板理论模型,能够准确预测出薄板的固有特性和动态响应结果,理论模型可靠.

振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法,即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模,并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后,利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律,阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好,理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后,熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.

利用振动改善FFF薄板抗拉性能的实验研究

熔丝制造成型(fused filament fabrication,简称FFF)技术因其操作简单、成本低廉且环境友好等特点,成为普及范围最广的一种快速成型技术,但由于逐层沉积的制造工艺,其产品质量很难与传统加工方式得到的零件相媲美。笔者将压电陶瓷片与FFF快速成型设备相结合,利用振动改善打印产品的机械性能。首先,利用压电陶瓷将普通FFF快速成型设备改装成振动式FFF设备;其次,制备施加振动前和不同形式振动后的拉伸样件,并完成拉伸实验;最后,通过对比不同样件的应力应变关系,分析了振动对FFF制品抗拉性能的影响规律。研究结果表明,利用振动能够显著提高FFF制品的抗拉强度和弹塑性能,并有效降低其各向异性特点。

熔丝成型薄板拉伸性能的理论与实验研究

由于熔丝成型(fused filament fabrication, FFF)技术逐层沉积的制造工艺特点,其产品的拉伸性能存在着明显的局限性.为了能够提出切实有效的改进措施,需要明确FFF产品相应的机理,即建立本构关系理论模型.基于经典弹性力学理论,对FFF薄板试件的本构关系进行了理论建模,完成了试件拉伸性能的解析研究;然后利用拉伸实验机获得了试件拉伸性能的实验结果;最后,分别将X和Z方向打印试件的理论与实验的应力-应变曲线结果相对比,发现二者吻合度较好,验证了理论模型的正确性与准确性.

利用中低频振动改善熔丝制造产品表面加工质量研究

熔丝制造技术(Fused filament fabrication,FFF)因其操作简单、适用性强和成本低廉等特点,已经成为当今使用最为广泛的增材制造技术之一。然而,由于逐层累加的工艺特点,与传统加工方式相比FFF产品的表面质量存在着明显的缺陷。利用中低频振动在改善FFF产品表面质量方面有着很大的潜力,为此,将压电陶瓷与增材制造设备相结合,首先将普通FFF设备改装成振动式FFF设备;然后通过控制输入信号和电压,以控制压电陶瓷的输出振动参数,从而利用施加振动前和不同形式振动后的试验样件,并完成表面粗糙度测试;通过对比分析不同样件的试验结果,阐明利用振动对FFF产品表面质量的影响规律。结果表明,利用中低频振动能够有效改善FFF产品的表面质量,且随着振动频率或幅值的增大,表面质量将进一步提高。