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。

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。

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FDM工艺的3D打印制作手办探究

作为动漫周边衍生品的手办随着动漫产业的蓬勃发展,受到了很多动漫爱好者的喜爱,传统的手办制作工艺在设计、生产、版权等因素的影响下单个成本较高,且在设计风格上不一定符合动漫爱好者的审美喜好。随着3D打印技术的发展,桌面级打印机逐渐走进了普通人的生活中,使得动漫爱好者可以自行制作符合自己喜欢的手办。本文研究了传统手办制作的难点与3D打印制作手办的优势,并使用基于熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺的3D打印机分析了手办制作过程中影响其质量的因素,提出了合理的方法提高3D打印制作手办的质量。

基于数字建模和FDM打印技术的工业产品模型设计混合式教学应用

随着我国工业化步伐的推进,传统手绘和手工模型制作的教学方法已无法满足培养高素质应用型人才的需求,将三维数字化建模和FDM打印制作引入工业产品模型设计教学,通过任务驱动完成设计构想、数字建模、FDM打印、模型评估改进全流程,具有直观、迅速、易于修改等优势,通过混合式教学模式将传统面对面的课堂教学知识点、实验实操技能点与线上学习资源进行深度融合,线上线下优势互补,突破了传统教学时间、空间限制,有效提升了学习效果。

基于FDM-DEM耦合的岩石动态冲击特征方法

为探究动态冲击作用下岩石的力学特征,根据室内霍普金森冲击试验模型,基于有限差分(finite difference method,FDM)-离散元(discrete element method,DEM)耦合方法构建了三维分离式霍普金森压杆(split hopkinson pressure bar,SHPB)冲击数值模型,在模型入射杆端部施加半正弦冲击波进行动态冲击模拟,对三维离散元试样的动态应力时程曲线、裂纹时空演化等特征进行讨论,从细观力学角度分析岩石的动态冲击破坏过程。结果表明:三维耦合模型在动态冲击过程中能够很好地满足应力有效性检验,保证了冲击过程的可靠性;利用Fish语言编写的半正弦冲击波等效替代室内试验撞击杆的撞击作用可以在一定程度上消除入射波的弥散效应;动态冲击过程中,试样内部的裂纹发展可分为平静阶段、缓升阶段、陡增阶段和稳定阶段,且裂纹主要产生于应力峰后阶段,裂纹总量呈反Z形变化。

FDM有限元仿真与层间连贯分层复合扫描路径研究

3D打印扫描路径是影响打印质量和效率的重要因素。本文在研究熔融沉积成型(Fused deposition modeling,FDM)打印原理及有限元仿真的基础上,旨在给出一种层间连贯分层复合扫描路径方法。首先分析了往复直线扫描与偏置扫描的工艺特点并提出了层间连贯的分层复合扫描路径;然后采用生死单元技术建立了FDM成形过程有限元模型并进行了实验验证。结合有限元仿真与实验,结果表明,本文所提扫描路径不仅将往复直线扫描和偏置扫描的优势融合,且分层复合的挤出方式增加了打印的连贯性和整体性。

面向低碳节能的FDM 3D打印轮廓路径规划

针对当前FDM3D打印切片过程中对轮廓路径的规划易陷入路径长度局部最优而导致能耗增加的问题,提出了一种面向低碳节能的轮廓路径规划方法。首先,根据FDM 3D打印多轮廓的打印顺序建立了轮廓路径的数学描述模型;然后,结合遗传算法收敛速度快与模拟退火算法能够接受较差解的优势,建立了基于遗传模拟退火算法的轮廓路径规划方法,包括:确定各轮廓几何中心并将其视作算法的初始点集合,通过遗传模拟退火算法求解各轮廓几何中心的最优连接路径,基于该路径确立各轮廓的打印起始点等步骤;最后,文章通过案例研究验证了所提方法的可行性。

无机填料对ABS材料FDM试件的力学性能影响

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为基体,以HGB、GF、ZnO、TiO和Al_(2)O_(3)为改性填料,制备五种改性ABS复合材料,进而利用熔融沉积成型(FDM)3D技术打印复合材料试件,测定试件的力学性能,并绘制应力应变曲线,然后进行不同改性材料拉伸强度、杨氏模量及断裂伸长率等力学性能分析。结果表明,与纯ABS材料相比,HGB的填充会导致ABS试件杨氏模量增加,但拉伸强度和断裂伸长率降低;GF的填充能够同时增加ABS试件的拉伸强度、杨氏模量及断裂伸长率;ZnO、TiO及Al_(2)O_(3)等纳米颗粒的填充均使ABS试件的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率增强,其中TiO对ABS拉伸强度的增强效果最好,拉伸强度增加高达35.33%。

FDM打印双材料小腿假肢接受腔的算法研究

提出适合于FDM打印双材料小腿假肢接受腔的放置方向、分层方法和路径规划,提高FDM工艺打印软、硬双材料接受腔的可行性和实用性。模型放置方向主要遵循使打印方向和模型的特征面最多的成垂直或平行的原则,减少阶梯现象的产生;打印分层方法主要是利用Z轴特征曲线确定模型的外轮廓曲线,进行分段处理后,分析外轮廓曲线与打印正向间的夹角关系,确定外轮廓分层厚度,最后运用概率统计、叠加求和等方法得出;打印路径规划,则以髌韧带为分界线,根据上下2部分的形状特征和性能需求,采用多种扫描方式相结合来得出。根据以上方法提出,沿打印Z方向的模型放置方向;根据模型轮廓而改变层厚的自适应分层方法;对于接受腔下部分截面轮廓是环形形状的,采用优化的螺旋偏置扫描方式,对于髌骨两侧的接受腔部分,采用复合扫描和分层扫描相结合的方式。

FDM直齿轮尺寸偏差的试验研究与工艺参数优化

熔融沉积成型(FDM)过程中热塑性材料的热胀冷缩是影响成型件尺寸精度的重要因素。本文以分层厚度、喷头温度、打印速度、底板温度这4个打印参数为控制变量,利用正交试验研究了打印参数对聚合物直齿轮尺寸精度的影响,运用三维扫描技术对聚合物直齿轮打印件进行测量,分析了齿轮各部位的变形特征,进而计算出不同打印参数组合下的齿廓总偏差。采用齿距仪测量了聚合物直齿轮打印件的齿距偏差。运用极差法分析了打印参数对齿廓总偏差和齿距偏差的影响顺序。最后,采用综合平衡法获得了最优工艺参数组合:喷头温度230℃、底板温度87℃、打印速度40 mm/s、层厚0.1 mm。

FDMS工艺制备金刚石工具技术浅析

近些年,熔融沉积成形烧结(fused deposition modeling sintering,FDMS)技术迅猛发展,由于其具有能耗低、打印稳定性高、成形设备价格低廉和操作简单等优点,在金刚石工具的制造中具有巨大的发展潜力。对FDMS工艺制备金刚石工具的技术可行性进行了分析,系统论述了FDMS技术的制备工艺流程、打印参数优选以及打印设备优化设计等内容,列举了FDMS制造金刚石超薄片的研究成果,指出了FDMS技术在制造金刚石工具中的关键问题,并对其发展进行了展望。

基于FDM技术的多喷头3D打印机机械结构和控制系统关键技术研究

为了提升基于FDM喷头的3D打印机工件质量,从机械结构和机械控制角度入手,探讨当前技术条件下较难解决的驱动机构移动速度与喷头挤出速度不耦合时的控制技术。通过有限元仿真的方式对FDM喷头打印工件的表面平滑度和结构强度进行分析,并进行实测实验。在有限元仿真环境中,发现可调控制范围内,工件表面平滑度回归值从97.92%下降到91.05%,工件结构强度回归值从30.02%上升到45.68%。研究认为,条件允许的前提下,应选择在系统允许的最大喷头移动速度下进行控制(1.90 mm/s),以获得最大的工件结构强度和最大移动速度,牺牲的工件表面平滑度通过增加加工余量和后续打磨环节进行弥补。

FDM 3D打印机自动衔接送丝装置设计

FDM 3D打印机用尽一卷耗材后,需要人工更换新的耗材,为了使3D打印机供料与换料系统自动化,达到新旧耗材自动精确衔接的目的,采用锥齿轮组控制同轴向上的正反旋转方向的机械传动方法,设计出了一种自动衔接送丝装置。通过传感器识别耗材用尽与否来改变编码电机的转动方向,实现新旧耗材衔接,并保持下位机与3D打印机实时通信,结合打印机的打印状态保证自动衔接送丝装置的运行动作与FDM 3D打印机的动作同步,辅助打印机执行打印任务。试验结果表明,设计的装置能够取代人工值守更换耗材,提高3D打印机的自动化程度,同时避免3D打印机因材料耗尽而影响到打印模型质量的问题,较大程度地提高了FDM 3D打印机的打印质量和打印效率,具有较好的市场应用价值。

基于SET-KANO-AHP的桌面式FDM设备设计研究

为了使用户在使用FDM设备成型平台时获得更好的体验,文章综合SET因素分析法、KANO模型与AHP法对FDM设备进行用户需求研究,并通过设计实践进行验证。首先使用SET因素分析法结合访谈获取用户需求,整理为KANO模型问卷调查所需的指标体系,其次依照KANO模型对问卷调查所得到的需求分类与排序使用AHP法分析得到各项权重,得到设计方案,通过市场调查获得对照方案,最终通过AHP法得到的权重对设计方案进行评价。结果表明,基于SET因素分析法、KANO模型与AHP法可以方便、有效的用于FDM设备设计,并验证设计的优越性。

基于流体热分析的FDM工艺参数对拉伸强度的影响研究

熔融沉积技术(Fused Deposition Modeling,FDM)具有成型速度快、操作简单等优点。打印速度、打印层厚、打印温度等会影响制件的等效应力,进而影响其力学性能。不同于直接将打印温度设置为生死单元仿真的初始温度,通过实验与流体仿真验证,得出的单道熔丝接触底板时的温度,作为生死单元多层叠加时的初始温度,计算并拟合出关于打印参数的换热系数函数,使仿真的温度变化和应力更加精确。再通过FDM多层堆叠仿真,得出不同参数下的成型件应力大小,与相同参数下拉伸试验得到的拉伸强度进行关联对比,从应力大小的角度,分析打印参数对拉伸强度影响。设计补充试验,得出打印层厚尽量小、打印速度适中、打印温度适中时,聚乳酸(Ploylactic Acid,PLA)成型件拉伸强度最大。

FDM工艺参数对PC表面质量及力学性能的研究

基于FDM工艺,选用商用的PC线材为原材料,研究了喷头温度和填充率对试样表面粗糙度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明,喷头温度对PC样品的表面粗糙度影响较大,适宜温度应选择260 ℃;填充率的增加对样品的拉伸强度有明显提高,且当填充率达到75%时,样品的拉伸强度达到35.661 Mpa;填充率以及喷头温度对样品表面的硬度影响较小。

Effect of Fibre Size on Mechanical Properties and Surface Roughness of PLA Composites by Using Fused Deposition Modelling (FDM)

Naturalfibre as a reinforcing agent has been widely used in many industrial applications.Nevertheless,several factors need to be considered,such as the size and weight percentage of thefibre used in binding.Using fused deposition modelling(FDM),this factor was investigated by varying the size of naturalfibre as the responding variable with afixed weight percentage of kenaffibre.The process of modifying the naturalfibre in terms of size might increase the dispersion of kenaffibre in the polymer matrix and increase the adhesion bonding between thefibre and matrix of composites,subsequently improving the interfacial bonding between these two phases.In this paper,the effect offibre size was evaluated by performing the mechanical test,Scanning Electron Micrograph(SEM)to observe the morphology of the composites,and also by surface analysis.The surface roughness was visualised using a 3D profilometer and thefigure was illustrated as colour shading in the image.The composite withfibre size≤100μm displayed better tensile andflexural strength,compared to other sizes.In conclusion,by reducing the size of thefibre,the composites could develop high strength performance for industrial applications.

FDM成形工艺对轻量化液压阀块力学性能的影响

结合增材制造轻量化、节能化液压阀块的设计准则,设计了一种轻量化液压阀块,利用熔融沉积成形技术(FDM)制造成形。通过正交试验研究FDM成形工艺中的打印温度、层厚和填充率等因素对液压阀块力学性能的影响。结果表明,三因素对液压阀块试件最大承载力的影响由强到弱依次为层厚、打印温度、填充率,其中,层厚对试件最大承载力影响显著,三因素交互作用对试验结果没有影响;当打印温度为190℃,层厚为0.3 mm,填充率为20%时,试件具有最大承载力;三因素对试件总吸能性的影响与其对试件最大承载力的影响结果一致,验证了该液压阀块力学性能正交试验结果的正确性。