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。

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打印机精确控制系统的研究与实现

在FDM快速成形系统中,电机控制精度对于FDM的打印质量具有至关重要的影响作用。在对成形误差以及原型机进行研究的基础之上,立足于快速成形设备的控制系统,对不同控制系统形成的误差精度进行分析,引出基于光栅的闭环电机精确控制的有关方法。在硬件设计完成之后,依据优化之后的打印参数对主控程序进行设计,来实现对运动电机的控制效果。通过设计改进来提升成形的精度,最后通过实验方式来验证这种方法的科学有效。

FDM打印机模块化设计过程评价

随着FDM打印机技术的快速发展,客户个性化与多样化的需求越来越大,采用模块化设计是企业快速满足客户定制化需求的关键技术之一。文中基于FDM打印机模块化设计过程,建立评价指标,运用物元模型的评估方法,构建模块化设计过程的评价因素与关联矩阵,进而采用层次分析法构建评价因素的权重系数,通过一致性检验,使用yaahp软件进行灵敏度分析,最后评价FDM打印机模块化设计过程的合理性。结果表明,运用物元模型评估FDM打印机模块化设计过程具有较好的配置效率和柔性,验证了运用基于物元模型的评估方法对FDM打印机模块化设计过程评价的可行性。

三维实体建模与FDM打印质量关系探究

文章从模型设计的角度出发,结合工作实际,探讨正向建模获取的实体模型与FDM打印质量之间的关系。实践证明:通过合理缩放比例,对内外层结构、孔轴配合、密封连接等精细特征预留打印容差精确控制模型尺寸;通过建模过程预设打印底座,合理利用45°法则和“搭桥”方式减少打印支撑,结合模型封闭性和厚度检查等措施,能获得更有效的3D打印模型,从源头上提高FDM打印质量、精度和速度,对设计产品的精确表达起到事半功倍的效果。

面向高效低碳的FDM打印参数多目标模型研究

熔融沉积成型(FDM)用于成型制造设备零部件已成为一种趋势,为了研究熔融沉积成型制造过程高效低碳优化问题,通过对FDM的碳排放进行量化分析,以打印速度和分层厚度为优化变量,建立以最短打印总时间效率(高效)和最低总碳排放(低碳)的多目标优化模型。并结合打印设备性能和打印质量等约束条件,采用改进的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ对模型优化求解最佳工艺参数组合,最后通过设计交叉实验并借助Design Expert中响应曲面法分析验数据,得出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。验证了模型的有效性。

基于改进鲸鱼算法的FDM打印机轮廓路径规划

针对目前FDM打印机打印切片轮廓封闭曲线多的模型耗时长、打印效率低的特点,提出采用改进鲸鱼算法合理规划各轮廓的打印顺序。针对普通鲸鱼算法易陷入局部最优、搜索速度慢等缺点,将增大鲸鱼优化算法的后期搜索概率以及在算法进入猎杀步骤时进一步对其前一时刻适应度与当前适应度进行对比细分来改进传统的鲸鱼优化算法。仿真结果表明,与传统鲸鱼优化算法解决轮廓路径优化问题相比,改进鲸鱼算法搜索效率高、获取全局最优解能力更强。

一种新型五自由度FDM打印机结构设计与运动分析的研究

熔融沉积成型技术是将热塑性材料加热逐层打印叠加、由面至体行成实体零件的增材制造技术,经典的XYZ轴串联式FDM打印机因其无法有效解决复杂曲面打印“台阶效应”的问题,本文设计了一种用5条SPS支链组成的并联组成的FDM打印机,可以获得较大的工作空间,高速运动的同时也有较高的运动精度;运用并联机构方位特征集理论计算得到机构自由度为5,验证了该打印机结构满足设计需求;最后,通过正反解计算得到了各支链杆长,进而设计出机构三维模型,运用MATLAB计算了打印机喷头的运动空间,为后期样机研制创造有利条件。

FDM打印质量缺陷及分析

熔融沉积成形是一种3D打印成形工艺,其加工灵活性强、设备结构简单、材料成本低,在机械加工、教育等行业得到了广泛应用。但是受到工艺和设备精度的限制,其加工的制件会出现强度不够、表面质量差、扭曲错位及翘曲窜动等缺陷,文章对主要缺陷产生的原因进行了分析,并总结了改善缺陷的主要方法。

FDM打印工艺优化

根据FDM打印的特点,从产品结构的角度探讨优化FDM打印件质量的打印工艺。引入打印支撑结构,提高产品质量。

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。

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。

柱坐标式FDM 3D打印机的研制

针对基于笛卡儿坐标系的熔融沉积成型(fused deposition molding,FDM)3D打印机打印旋转体精度低,且速度慢等问题,设计开发了一种基于柱坐标系的FDM 3D打印机.其成型原理和机械结构都借鉴了传统的FDM 3D打印机,并在此基础上将基于笛卡儿坐标系的运动方式改为基于柱坐标系的运动方式.相较于传统FDM 3D打印机,在使用相同的硬件(包括电机、喷头、打印丝材)配置情况下,该设备打印旋转体模型时可以实现更高的打印精度,在某些情况下可以实现更快的打印速度.

基于APP在线控制双挤出头FDM桌面3D打印机的研制

根据国家创新驱动发展要求和国内外对高质量的FDM型桌面3D打印设备的需求,针对国内外FDM桌面3D打印机在打印过程中经常出现送丝不稳定、出丝不均匀,出丝堵死,精度不高,无在线监控模块,打印速度慢等现象,采用开源系统,研制成一种新型自散热,短程送丝,双挤出头机构,同时具有APP在线监控模块的FDM桌面3D打印机。整机采用稳定性好的"回字形"铝型材框架,双挤出头,控制界面采用触摸屏,一键式电源启动,确保操作便捷,打印速度快,质量高,具有一定的创新性与实际参考意义。

FDM型打印机热床的微变形及补偿打印方法

FDM型打印机中热床平台的水平度与平整度是保证成型件顺利打印的重要前提,针对热床加热逐渐变形以及难以获得良好第一层问题,使用ANSYS对热床平台进行热-力间接耦合仿真模拟了变形过程,通过BL touch接触传感器对不规则热床表面实时采集15个点数据,使用拉格朗日与双三次插值算法对采样点进行曲率插值,对生成的网床三角面片化后赋予1 mm厚度并使用切片算法切片形成补偿基底代码,在双喷头打印机上喷头1使用水溶性PVA材料将基底以支撑形式打印,喷头2打印实体模型。实验结果表明,该方法具有原理简单,去除补偿材料方便,打印模型精度提高等特点,特别是对大型FDM打印机易变形的热床有一定的帮助。

桌面型FDM 3D打印设备的优化设计与精度分析

目前市面上桌面型FDM 3D打印设备种类繁多,受到结构稳定性、熔融温度、环境温度等多重因素的综合影响,其打印精度差异明显。为了提高打印精度,对某一桌面型FDM 3D打印设备影响精度的相关缺陷进行了分析,并对设备的箱体结构、运动系统机械结构、运动控制部分等方面进行优化设计。对设备优化设计前后的打印件精度进行了对比分析,相关数据表明,改进后的设备打印精度得到显著提升,相关技术内容对提升FDM 3D打印机打印精度具有实际意义。

基于改进喷头的FDM型彩色3D打印研究

随着FDM型3D打印技术的迅速发展,人们对其打印色彩方面的需求不断提高,但由于成本高、质量低这一技术难点,使得当前的FDM型3D打印机至今没有实现彩色(混色)打印。针对时下家用FDM型3D打印机,通过调整打印机整体结构,改变现有的单色挤出喷头设计,改进g代码切片的运算控制,自行设计了一种通过改良的挤出喷头进行混色打印的新型3D打印装置,通过精确调节进料量和进料时间运算能显著改善混色打印的质量。

基于热力学分析的FDM3D彩色打印喷头结构优化

基于FDM3D打印技术的前提下,利用品红黄蓝三原色配色原理设计了用于彩色3D打印配色的五进一出打印喷头.针对于熔融沉积3D打印,打印头在打印过程中存在热结构和分布的不合理会影响整个打印过程的精度和打印件的质量.采用热力学分析方法对于设计的五进一出打印喷头的结构进行分析优化,可以更加直观地观测到打印过程中喷头的温度分布,验证了五进一出打印喷头结构的合理性,为基于FDM的彩色3D打印提供了技术理论支持.

非封闭式FDM 3D打印机喷头温度控制器研究

针对非封闭式熔融沉积成型(FDM)技术3D打印机喷头温度受环境温度、打印机内部加热元件、打印喷头系统的散热性能和空气流速等因素的影响,喷头温度的控制变得复杂且呈非线性,传统比例-积分-微分(PID)控制无法满足打印需求的问题,提出改进鲸鱼优化的反向传播(BP)-PID控制器对PID参数自适应控制,从而对喷头温度精确控制。实验表明:改进的鲸鱼优化算法比遗传算法与粒子群算法寻优能力更强,且经改进鲸鱼算法优化的BP-PID喷头温度控制器稳定速度更快,自适应能力更强。