發(fā)布時間：2017-03-27 08:13

  本文關鍵詞：基于熔融沉積成型零件的精度及溫度場有限元分析研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：熔融沉積成型是快速成型制造中較為重要的一種成型方式,隨著快速成型在制造業(yè)中占有越來越重要的地位,對成型件的精度也提出了更高要求。其成型精度受很多因素的影響,本文采用理論研究和仿真驗證相結合的方式對ABS材料成型過程中兩大影響因素進行了分析,研究內容和成果如下:(1)對熔融沉積成型件的精度進行分析,主要有四個產生誤差的原因:CAD模型轉化為STL標準文件格式引起誤差、分層切片引起誤差、熔絲寬度引起誤差、材料冷卻收縮引起誤差,并針對某些誤差提出了提高精度的方法。(2)對STL格式模型切后,所得到的截面輪廓點用直線段連接,與實際輪廓相差甚遠,需要對截面輪廓進行擬合,以提高其精度。分析了現有對STL模型截面輪廓的擬合方法,并對比了它們的優(yōu)缺點。(3)考慮實際生產中零件截面輪廓的復雜性,提出了使用直線段、圓弧段和NURBS曲線段組合進行截面輪廓點的擬合。擬合結果表明:擬合輪廓的誤差與使用直線段連接相比減小了48.502%,能得到更為精確的切片輪廓質量,且輪廓線更為光滑。(4)考慮熔融沉積成型特點,利用APDL語言結合生死單元法,建立成型過程中溫度場的分析模型,考慮了對流、熱傳導和相變潛熱等的影響,分析了熔融沉積成型過程某時刻的溫度梯度特征、不同時刻的溫度場特征,不同初始溫度的溫度梯度分布特征,不同路徑對溫度波動的影響以及不同速度對溫度波動的影響,為熔融沉積成型的工藝過程的選擇提供參考。(5)通過對指定ABS材料模擬熔融沉積成型不同初始溫度得到:在條件允許的狀況下,應選擇較高的初始溫度,但不能超過材料的軟化溫度101℃。(6)通過模擬熔融沉積成型不同成型路徑得到:最優(yōu)的成型路徑為從下至上沿短邊成型路徑。(7)通過對ABS材料模擬熔融沉積成型不同初始溫度得到:200mm/s速度為最優(yōu)成型速度,并且成型過程不宜超過這個速度。本文對于截面輪廓的擬合算法研究和熔融沉積成型過程不同工藝條件模擬研究,為提高熔融沉積成型零件精度提供了重要參考。
【關鍵詞】：熔融沉積成型 STL模型 分段擬合 溫度場模擬
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 快速成型制造簡介13-15
• 1.2 熔融沉積成型簡介15-18
• 1.2.1 熔融沉積成型基本原理及工藝過程15-17
• 1.2.2 熔融沉積成型發(fā)展及研究現狀17-18
• 1.3 熔融沉積成型零件的精度分析18-24
• 1.3.1 CAD模型轉化為STL標準文件格式引起的誤差18-20
• 1.3.2 分層切片引起的誤差20-21
• 1.3.3 成型系統(tǒng)導致的誤差21-22
• 1.3.4 噴頭熔絲寬度引起的誤差22
• 1.3.5 材料冷卻收縮引起的誤差22-23
• 1.3.6 噴頭溫度和成型室溫度引起的誤差23-24
• 1.4 目前熔融沉積成型方法存在的不足24-25
• 1.5 本文的研究內容及章節(jié)安排25
• 1.5.1 研究內容25
• 1.5.2 章節(jié)安排25
• 1.6 本章小結25-26
• 第2章 STL模型切片輪廓的曲線擬合26-31
• 2.1 引言26
• 2.2 截面輪廓信息分析26-28
• 2.3 截面輪廓擬合方法28-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第3章 基于STL切片數據截面輪廓的高質量分段擬合算法31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 STL模型及切片原理31-32
• 3.3 輪廓分段擬合的關鍵算法描述32-35
• 3.3.1 圓弧擬合方法32-33
• 3.3.2 NURBS曲線擬合方法33-35
• 3.4 應用和實例35-42
• 3.5 本章小結42-43
• 第4章 熔融沉積成型有限元模型的建立43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 熔融沉積成型有限元分析介紹43-44
• 4.2.1 ANSYS軟件介紹43-44
• 4.2.2 生死單元法44
• 4.3 熔融沉積成型有限元分析特點44-46
• 4.3.1 有限元分析熔融沉積成型特點44-45
• 4.3.2 單元類型的選取45-46
• 4.4 溫度場有限元分析理論46-51
• 4.4.1 熱傳導問題的有限元基本方程46
• 4.4.2 非線性熱傳導問題的有限元求解46-47
• 4.4.3 初始條件和邊界條件47-48
• 4.4.4 相變潛熱處理48-49
• 4.4.5 有限元模型描述49-50
• 4.4.6 算法設計50-51
• 4.5 溫度場模擬有限元模型建立51-55
• 4.6 本章小結55-56
• 第5章 熔融沉積成型溫度場有限元分析56-75
• 5.1 熔融沉積成型過程中某節(jié)點的溫度特征分析56
• 5.2 熔融沉積成型過程中某時刻的溫度梯度特征分析56-59
• 5.3 熔融沉積成型過程不同時刻的溫度場特征分析59-63
• 5.4 熔融沉積成型過程不同初始溫度的溫度梯度分布特征63-65
• 5.5 熔融沉積成型過程不同路徑對溫度波動的影響65-70
• 5.6 熔融沉積成型過程不同速度對溫度波動的影響70-74
• 5.7 本章小結74-75
• 工作總結與展望75-77
• 全文總結75
• 工作展望75-77
• 參考文獻77-80
• 致謝80-81
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文81

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本文編號：270114