基于稳健设计的熔融堆积成型工艺参数的优化

针对熔融堆积成型工艺的尺寸精度和翘曲变形两个指标,选择线宽补偿(A)、挤出速度(B)、填充速度(C)、层厚(D)四个工艺参数作为控制因子,采用稳健设计和模糊综合评判相结合的方法优化熔融堆积成型工艺参数.优化结果表明,工艺参数对指标影响的显著性程度的主次顺序为A、B、D、C,最佳工艺参数的组合方案为A1B1C2D3.

熔融堆积成型制件中层间应力及翘曲变形研究

熔融堆积成型(FDM)是一种典型的快速成型技术,由于无污染适合办公环境下使用而得到广泛应用。分析了层间应力及翘曲变形产生的原因,并在一定的假设条件下,得出了层间应力的计算公式及其在截平面上的分布情况。建立了翘曲变形的数学模型,讨论了各种工艺参数(层数、扫描线长、成型室温度、层厚等)对翘曲变形量的影响。最后提出了减小翘曲变形的措施。

熔融堆积成型中ABS材料收缩及变形实验

快速成型将CAD模型转化为实物模型中,由于材料的收缩变形导致成型件尺寸出现较大的偏差。为使打印零件能合理装配,降低收缩变形对装配的影响,根据熔融堆积成型原理对ABS材料进行成型实验,利用回归分析法找到模型缩放比例与成型收缩比例存在着线性递增的规律,以及打印模型圆度误差与材料填充率也存在线性关系的规律,在无翘曲变形的情况下,材料填充率每增加20%,圆度误差降低0.05 mm。利用上述规律可预先对模型进行处理,以保证装配的合理性和打印零件的质量。

熔融堆积成型系统中支撑结构自动生成算法的研究

在熔融堆积成型系统中，零件原型的制作是靠热喷头挤出热熔丝逐层堆积成型的，因此，在零件原型的成型过程中，支撑结构的生成是不可避免的。通过利用截面轮廓区域的自动识别、多边形区域的布尔运算以及多边形轮廓的OFFSET运算等几种关键算法，提出了SW2501快速成型系统中支撑结构的自动生成算法。该算法实际应用效果较好。

熔融堆积成型中翘曲变形的反变形设计研究

为了减少熔融堆积成型(FDM)工艺中模型制件的翘曲变形,设计了一个精度评价模型,对成型制件进行3D几何测量,分析其翘曲变形,并进行反变形设计与二次成型。试验结果表明,该方法能够在一定程度上减少模型制件的形位误差。

熔融堆积成型中的原型翘曲变形

以熔融堆积成型过程中原型的变形为研究对象,分析变形产生的根源及其作用机理,建立了成型过程中原型的翘曲变形模型,并定量地分析了各种因素,包括堆积层数、断面长度、环境温度和材料的线收缩率对原型变形的影响程度。分析结果合理地解释了熔融挤出堆积成型过程中的一些现象,据此提出了减小原型翘曲变形的相应措施,实际应用效果较好。

基于ABS熔融堆积成型中孔轴类零件收缩及变形实验研究

快速成型能将CAD模型转化为实物模型,但材料的收缩变形可能导致成型件尺寸出现较大的偏差。为保证快速原型件能合理装配,以孔轴类零件配合为研究对象,利用熔融堆积成型原理对ABS材料进行成型实验,运用回归分析法研究发现,孔轴原型件收缩与尺寸存在着线性关系。对原型件变形机理进行实验分析可知,当材料填充率在10%~40%之间时,轴的圆度误差较小。利用这些成型规律及特性对模型进行处理,可保证装配的合理性和打印零件的质量。

纤维增强聚合物基复合材料熔融堆积成型技术的研究进展及产品的力学性能

增材制造(Additive manufacturing,AM)技术,又称3D打印技术,是一种新兴的顺序叠层制造工艺。近几年来,大量关于引入连续碳纤维增强相以改善打印结构力学性能的研究为打印高性能聚合物基复合材料开辟了新的途径。本文首先简要介绍聚合物材料增材制造工艺发展史,阐述技术革新和材料革新(引入增强相)对打印聚合物基材料产品性能优化的积极作用。随后着重描述了熔融堆积成型(Fused deposition modelling,FDM)技术制造连续纤维增强聚合物复合材料的工艺原理,并介绍了打印连续纤维增强聚合物基复合材料的力学性能优势及存在的问题。最后,从材料、工艺参数及复合材料细观/微观结构等方面分析了影响打印纤维增强聚合物基复合材料力学性能的主要因素,为读者了解分析FDM技术的优势和存在的问题提供参考。

聚合物熔融堆积快速成型中的翘曲问题与控制对策

针对聚合物材料在熔融堆积快速成型过程中因材料收缩引起的翘曲变形现象,通过理论建模,并经过计算分析,考察了翘曲变形与堆积层数的关系,在此基础上提出了有效抑制翘曲变形的措施。结果表明,实体熔融堆积快速成型的翘曲变形现象主要发生在堆积开始的最初几层,随着堆积层数的增加,实体的弯曲强度增加,翘曲变形逐渐减小。

熔融堆积快速成型室结构设计与数值模拟

为了满足快速成型设备温度均匀度要求,提出4种不同的热风循环式加热保温箱结构设计方案。采用有限元数值模拟方法,建立加热保温箱内流体域和固体域的有限元模型,通过热流固耦合模拟分析加热棒、鼓风机、进风口和出风口位置对温度均匀度和空气流速均匀度的影响。结果表明,加热棒位于加热保温箱左右两侧,鼓风机位于加热保温箱底部,进风口位于加热保温箱左侧上方,出风口位于加热保温箱右侧上方时,温度均匀度最高,可达99%,且热风流速分布最为均匀。根据模拟结果研制出样机,气体流速稳定,温度均匀度高达97.66%,验证了模拟结果的准确性。

光固化与熔融堆积技术3D打印个别托盘的比较

目的:比较光固化成型技术(stereo lithography apparatus,SLA)与熔融堆积成型技术(fused deposition modeling,FDM)制作上颌无牙颌3D打印个别托盘的精确度,并与传统手工方法进行对比。方法:采用同一个标准上颌无牙颌石膏模型灌注5个超硬石膏模型。利用3D扫描仪将模型组织面数据扫描导入计算机中,在Geomagic软件中设计个别托盘CAD数据,以STL格式保存,将数据分别导入采用SLA及FDM的3D打印机中,制作3D打印个别托盘。对照组采用传统手工方法制作个别托盘。在Geomagic及Imageware软件中分析不同方法制作的个别托盘给印模材料的预留空间大小,在SPSS中利用两独立样本t检验的统计学方法比较其精确度。结果:个别托盘预留空间为:(SLA组)0.98-1.06mm±0.05-0.14mm,(FDM组)0.98-1.03mm±0.13-0.19mm,(手工组)1.04-1.16mm±0.31-0.41mm。3D打印制作的个别托盘相较于手工制作的个别托盘,预留空间分布更接近于1mm,精确度更高(P<0.01)。SLA比FDM制作的个别托盘预留空间分布更接近于1mm,精确度更高,差别有统计学意义(P<0.01)。结论:两种3D打印技术制作的个别托盘精确度均优于手工制作的个别托盘,且光固化成型技术比熔融堆积成型技术制作的个别托盘精确度更高,采用光固化成型技术3D打印机制作个别托盘值得临床推广。

控制FDM成型制件误差的方法研究

快速制模是快速成型的主要应用之一,但成型件的精度难以达到快速制模对原型或型芯尺寸精度和表面精度的要求。系统分析了熔融堆积成型(FDM)工艺成型精度的影响因素,分析产生误差的根源及作用机理。针对FDM产生的误差,通过定性和定量分析,提出减小误差的途径和方法,并通过实例验证了解决翘曲变形和尺寸精度问题的方法,提高了原型的精度,对熔融堆积成型工艺精度的提高具有实际的参考价值。

FDM快速成型技术中原理性误差分析

在全面分析FDM快速成型制件误差产生原因的基础上,着重分析了三角化过程及切片过程误差产生的原因。在三角化过程中,利用pro/E软件求出了不同弦差(ε)对应三角形数目。在切片过程中,分析了台阶效应产生的原因,并以四分之一的球体为例求出了阶梯误差(δ)的计算公式。最后提出了减小阶梯误差的方法,即斜切法、自适应切片法、直接切片法等。

FDM工艺参数对制件精度影响的实验研究

精度和效率是制约快速成型技术发展的瓶颈,如何提高快速成型制件的精度已成为快速成型技术研究的热点问题之一。快速成型制件产生误差的因素有原理性误差、设备误差、工艺误差及材料收缩引起的误差。阐述了FDM工艺中丝材的粘结机理,通过实验着重分析了各工艺参数(温度、层厚、速度、线宽补偿、延迟时间)对成型工艺过程的影响及对成型制件精度的影响。

基于灰关联度分析的FDM工艺参数优化研究

针对熔融堆积成型工艺中的加工时间、尺寸精度、翘曲变形3个指标,选择线宽补偿(A)、挤出速度(B)、填充速度(C)和层厚(D)4个工艺参数作为控制因子。首先,通过正交实验确定控制因子对单个指标的影响程度,然后进一步利用灰关联度分析确定控制因子对综合指标的影响程度及最佳工艺参数组合方案。结果表明对综合工艺指标影响的主次顺序为A、D、C、B,最佳制作参数组合为A1B3C3D3。

基于层次分析法FDM工艺中分层方案的决策(英文)

在分析分层方案对阶梯效应、支撑结构、制作效率、变形等影响的基础上,提出采用层次分析法和模糊综合评判相结合的方法对加工零件的分层方案进行决策。通过对鼠标零件加工方案的验证,证明该方法有效地避免了决策的主观性,增加了决策的科学性,提高了原型件的制作质量和效率。

FDM用PETG系列耗材的改性研究

对市售聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)丝材及原材料进行研究,选用PETG 2012作为制备熔融堆积成型技术(FDM)用PETG丝材的基体树脂。选用聚碳酸酯(PC)对基体PETG进行增韧增强改性,并制成3D打印高分子丝材进行打印测试,探讨了PC含量对PETG耗材及制件性能的影响。结果表明,在低PC含量下,PETG与PC的相容性较好,PETG与PC制件未出现明显的分层,分布比较均匀;共混物的流动性随着PC含量的增加而降低,且打印件的维卡软化温度和热变形温度随着PC用量的增加而增加;此外,PC材料的加入使得PETG打印件的力学性能得到较大改善:打印件的拉伸强度随着PC用量的增加而增大,缺口冲击强度却随着PC用量的增加呈现先增加后减小的趋势;PETG/PC的配比为1∶1时,可制得力学性能优异的3D打印耗材。

3D打印聚乳酸材料力学性能的研究

基于熔融堆积成型技术(FDM)研究了打印参数如打印温度、打印速度、风扇对3D打印聚乳酸样条拉伸强度的影响。实验结果表明:沿X轴打印时,打印温度为200℃,其拉伸力学性能最好;沿Z轴打印时,当打印温度为205℃时,其拉伸力学性能最好;打印速度为20 mm/s时拉伸强度最好,打印速度为40 mm/s时结晶情况较差影响拉伸强度;风扇在关闭的情况下拉伸强度更高。影响FDM 3D打印的因素众多,需尽量严格控制工艺参数,否则会造成数据偏差过大。

FDM 3D打印高分子材料改性及应用进展

熔融沉积制造(FDM)技术是3D打印领域应用最为广泛的类型之一。本文概括了基于FDM常用的高分子材料ABS,PLA和PCL特性以及其应用。综述了FDM技术在国内外的研究现状及取得成果,并对FDM打印技术进行了展望。

FDM型混色3D打印机的设计

针对目前桌面级3D打印机普遍仅支持单色打印的问题,在熔融挤压堆积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)并联臂单色3D打印机的基础上通过改进喷头结构、编写上位机控制软件,实现了一种无需更换喷头、耗材,无需后处理,可一次成型多色、渐变色的3D打印方案。将单进料—单挤出喷头改进为双进料—单挤出结构,通过上位机软件设置2种不同颜色耗材的送料比例,不同颜色和比例的耗材在加热块内熔融后再通过单喷头挤出便可打印出不同的颜色。上位机控制软件还具有自定义混色方案、混色效果预览的功能。