FDM薄板振动特性的理论与实验研究

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.

打印层厚度对FDM薄板固有特性的影响

针对不同打印层厚度对熔融沉积成型(fused deposition modeling,简称FDM)薄板固有特性的影响规律及相应的机理进行了研究。首先,以悬臂边界条件下的FDM薄板为研究对象,创建了固有特性理论模型;其次,完成了薄板样件的制备,同时搭建了样件的动力学测试系统,实验研究了样件的固有特性参数;最后,对比分析理论与实验结果,以验证理论模型的正确性。研究结果表明,所建模型可以准确预测FDM薄板结构的固有特征参数;打印层越厚,样件的固有频率越高,但其模态振型不会随着打印层厚度的变化而变化。该研究为提高FDM产品动力学性能提供了理论基础和技术支持。

振动利用对FDM薄板机械性能的影响研究

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,然而其产品在机械强度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。首次将振动应用于FDM 3D打印过程以期提高制品的机械性能。首先,将振动引入FDM过程,完成了振动式FDM 3D打印机的改装;然后分别制备了振动引入前、后Z和X两个方向的拉伸试件,并完成了抗拉强度的检测试验;最后,对比分析利用振动加工的FDM试件和普通试件的实验结果,以研究振动对FDM薄板抗拉强度和正交各向异性的影响。试验表明,利用振动能够显著提高FDM薄板Z方向的抗拉强度、弹塑性以及稳定性,并能明显降低FDM薄板的正交各向异性。

熔丝成型薄板表面粗糙度理论模型与实验验证

针对熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)产品的表面质量缺陷问题,提出了一种FFF产品表面粗糙度的理论建模方法.以材料丝表面轮廓为研究对象,考虑样件表面的实际情况,分别建立了FFF产品垂直和平行于纤维方向的表面粗糙度理论模型;与此同时,利用激光显微镜完成了相关样件表面粗糙度的实验研究;通过对比理论分析与实验结果,验证了所建模型的正确性;理论模型的敏感性分析研究表明,增大挤出宽度或打印层厚度会增大FFF产品的表面粗糙度,而增大重叠区域宽度则会降低表面粗糙度.

路径宽度对FDM薄板固有特性的影响机理研究

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。