本文關(guān)鍵詞：FDM成型關(guān)鍵裝備及工藝實(shí)驗(yàn)研究　出處：《青島科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：增材制造技術(shù)通過(guò)材料累加的設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的個(gè)性化定制與加工,為制造行業(yè)帶來(lái)了新的生產(chǎn)模式和商業(yè)模式,全球市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng),已逐步發(fā)展成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機(jī)遇。熔融沉積成型(FDM)技術(shù)作為增材制造工藝主要類別之一,依靠設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)在桌面級(jí)3D打印機(jī)市場(chǎng)占有重要比例,但該技術(shù)存在著打印速度慢、成型精度低、材料性能要求高等問(wèn)題,限制了其進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用,FDM技術(shù)關(guān)鍵裝備及成型工藝的研究對(duì)于快成型速度、高成型精度和廣材料選擇的市場(chǎng)需求提供了有效的解決途徑。課題主要針對(duì)FDM技術(shù)熔融擠出裝置結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)進(jìn)行研究,旨在通過(guò)裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的優(yōu)化來(lái)提高制品成型速度、改善制品成型精度、擴(kuò)大材料加工范圍。本文所做主要工作內(nèi)容和研究成果如下:(1)理論研究柱塞式擠出裝置熔融機(jī)理,分析成型絲材在熔融過(guò)程中的相態(tài)轉(zhuǎn)變和壓力損失,從熔融時(shí)間的角度分析絲材擠出速度上限和影響因素;實(shí)驗(yàn)研究取向方式、填充路徑、填充間距、輪廓重疊、分層高度等工藝參數(shù)對(duì)成型制品力學(xué)性能和表面質(zhì)量精度的影響,得出具體影響規(guī)律并對(duì)其原因進(jìn)行了相應(yīng)分析,為成型過(guò)程相關(guān)工藝參數(shù)的選擇提供參照與指導(dǎo)。(2)成型制品表面質(zhì)量主要受到沉積絲材的輪廓邊緣效應(yīng)影響,研究期望通過(guò)設(shè)計(jì)新型內(nèi)凹孔噴嘴來(lái)替代現(xiàn)有圓孔噴嘴來(lái)降低輪廓邊緣效應(yīng),提高制品表面精度。文章通過(guò)設(shè)定擠出絲材輪廓為正方形截面,利用POLYFLOW軟件進(jìn)行逆向擠出模擬,預(yù)測(cè)噴嘴孔口模形狀,進(jìn)而得到內(nèi)凹孔噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸完成加工,最后利用加工完成的新型噴嘴進(jìn)行試樣打印成型,實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析表明,新型內(nèi)凹孔噴嘴可以有效減小制品表面粗糙度,顯著改善表面質(zhì)量精度。(3)設(shè)計(jì)氣壓式擠出裝置,依靠氣體壓力實(shí)現(xiàn)低粘度材料的熔融擠出,在熔腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行流場(chǎng)的流動(dòng)性模擬分析,得出熔體材料的流動(dòng)速度和壓力變化規(guī)律,同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究分析氣壓式擠出裝置的出絲速度、出絲直徑等性能隨溫度和壓力參數(shù)因素的變化規(guī)律。(4)設(shè)計(jì)立式螺桿式擠出裝置,依靠螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的加熱和剪切作用實(shí)現(xiàn)顆粒材料的熔融擠出。首先完成螺桿、機(jī)筒、機(jī)頭等裝置結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì),同時(shí)為保證裝置的連續(xù)性喂料,增設(shè)螺旋葉片結(jié)構(gòu)施加軸向力完成強(qiáng)制喂料;其后利用POLYFLOW軟件進(jìn)行螺桿流場(chǎng)的流動(dòng)性模擬分析,研究速度、壓力、剪切速率變化規(guī)律,優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)與加工,順利實(shí)現(xiàn)高粘度顆粒材料的熔融擠出;最后對(duì)裝置進(jìn)行了擠出性能實(shí)驗(yàn)研究,得到螺桿式擠出裝置出絲速度和直徑的變化影響規(guī)律,為后期制品的打印成型提供了參數(shù)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH16

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本文編號(hào)：1327420