【摘要】：增材制造技術(shù)從產(chǎn)生之初,到蓬勃發(fā)展的過程中,已經(jīng)在人們生產(chǎn)生活方式中有了諸多方面的應(yīng)用,涉及的行業(yè)有航空航天業(yè)、汽車工業(yè)、現(xiàn)代制造業(yè)以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。增材制造技術(shù)的熔融沉積成型方式以價(jià)格低廉和設(shè)備便攜性兩方面優(yōu)勢(shì),在增材制造技術(shù)的商用化有著廣泛應(yīng)用。但熔融沉積在模型前處理過程、增材制造的打印過程以及打印設(shè)備的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等其他多方面因素的影響下,對(duì)制件的成型精度有著不同程度的影響。因此,如何減小成型件的誤差,提高制件精度,已經(jīng)成為增材制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。增材制造的過程經(jīng)歷了STL文件的讀取、三維模型STL數(shù)據(jù)文件分層后路徑的規(guī)劃、Gcode的生成、制件的打印以及制件的后處理一系列過程,而制造的每個(gè)過程都有可能產(chǎn)生誤差。本論文針對(duì)熔融沉積的誤差問題展開研究,通過理論分析出對(duì)成型質(zhì)量影響較大的誤差因素,即制件在填充過程中產(chǎn)生的階梯誤差以及因材料熱膨脹特性產(chǎn)生的收縮誤差和翹曲變形誤差,對(duì)各項(xiàng)誤差產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上將三項(xiàng)誤差在常見三維模型中的誤差量進(jìn)行建模計(jì)算。制件誤差計(jì)算中需要制件原型的尺寸或夾角信息,需通過STL文件的讀取后,使用頂點(diǎn)索引算法將模型中的頂點(diǎn)坐標(biāo)提取出來,通過對(duì)空間點(diǎn)坐標(biāo)運(yùn)算,求解出模型尺寸及夾角;根據(jù)常見三維模型的誤差函數(shù)公式,總結(jié)出三項(xiàng)誤差函數(shù)的通用公式;為了弱化誤差中數(shù)值較大誤差項(xiàng)對(duì)制件綜合誤差的過多影響以及解決誤差項(xiàng)不同物理量綱的可比性問題,對(duì)誤差函數(shù)進(jìn)行離差標(biāo)準(zhǔn)化處理,將誤差函數(shù)結(jié)果映射在同一區(qū)間內(nèi),并構(gòu)建制件綜合誤差評(píng)價(jià)函數(shù);對(duì)綜合誤差函數(shù)進(jìn)行求解,獲得制件綜合誤差最小時(shí)的最優(yōu)分層厚度。為驗(yàn)證各項(xiàng)誤差與層厚變化的關(guān)系以及綜合誤差函數(shù)的最優(yōu)層厚選取是否合理,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分的制件原型后,根據(jù)誤差項(xiàng)通用公式和頂點(diǎn)獲取算法求解模型尺寸和角度,對(duì)制件的各項(xiàng)誤差進(jìn)行計(jì)算,并通過綜合誤差函數(shù)求解出實(shí)驗(yàn)制件的最優(yōu)層厚;根據(jù)最優(yōu)分層厚度確定實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組,對(duì)實(shí)驗(yàn)件進(jìn)行制作,待制件冷卻后,使用數(shù)顯千分尺對(duì)成型件的厚度和翹曲變形量進(jìn)行多次測(cè)量,使用基恩士顯微系統(tǒng)對(duì)制件的階梯處數(shù)據(jù)和頂面面積進(jìn)行觀測(cè)。將各項(xiàng)誤差項(xiàng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與理論值對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)際誤差項(xiàng)變化與理論誤差變化趨勢(shì)一致,并且通過制件綜合誤差函數(shù)所求最優(yōu)分層厚度打印的誤差小于對(duì)照組中制件,驗(yàn)證了本論文所建立模型與方法的可行性與有效性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH16
【圖文】：

設(shè)、供給側(cè)改革和信息化進(jìn)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[3]。作為一種新引進(jìn)到目前的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)十年[4]。增材制造是一種先進(jìn)制造技堆疊成最終的零件。增材制造技術(shù)是結(jié)合了逆向工程、激光科學(xué)科學(xué)、數(shù)字控制和機(jī)械工程等多種學(xué)科的技術(shù)。它采用離散疊加面、面成層的成型過程，實(shí)現(xiàn)了不使用模具制造復(fù)雜零件的技術(shù)造技術(shù)的核心與傳統(tǒng)減材制造思想可以視為互逆的過程[5]，目前的工藝有數(shù)十種[6]。與傳統(tǒng)加工方式對(duì)比，增材制造技術(shù)有其獨(dú)加工工藝和生產(chǎn)線的束縛[7]，能夠獨(dú)立完成零件的制作，從而降生產(chǎn)線的成本[8]。增材制造技術(shù)將原材料只堆積在制件和支撐結(jié)會(huì)含有與其功能無關(guān)的材料[9]。這種制造理念區(qū)別于車削、銑削方式[10]，將多余毛坯去除后加工出需求零件，增材制造在加工最大化使用。它可以制造出傳統(tǒng)制造技術(shù)無法加工出的外形，而加工的零件相比，在滿足強(qiáng)度使用要求的前提下，在生產(chǎn)過程中造技術(shù)是集設(shè)計(jì)和制造于一體的制造方式[11]，簡化了零件的生增材制造過程的流程示意圖。

圖 1-3 研究技術(shù)路線圖Fig.1-3 Research Technology Roadmap制造方式下的制件加工誤差分析與建模制造方式下熔融沉積過程的誤差來源，對(duì)制件成型精度產(chǎn)生主研究，即因分層填充過程與理論輪廓產(chǎn)生的階梯誤差、絲材熱曲變形誤差，并對(duì)幾種常見的幾何模型中的三項(xiàng)誤差進(jìn)行分析綜合誤差評(píng)價(jià)函數(shù)的構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法研究三維模型中的三項(xiàng)誤差進(jìn)行數(shù)學(xué)建模計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)，歸式；因誤差函數(shù)間不同的物理量綱無法直接比較，對(duì)誤差函數(shù)誤差函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的各項(xiàng)誤差函數(shù)，構(gòu)建出的三維模型中，使用制件綜合誤差評(píng)價(jià)函數(shù)便可求解出最優(yōu)分制件的打印與理論誤差對(duì)比分析論模型與實(shí)際情況的偏差程度，設(shè)計(jì)制件原型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)梯誤差函數(shù)、累積收縮面積誤差函數(shù)以及累積翹曲變形誤差函代入綜合誤差評(píng)價(jià)函數(shù)，求解出最優(yōu)分層厚度；設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)

2 熔融沉積方式下的制件加工誤差分析與建模下層已產(chǎn)生誤差的基礎(chǔ)上進(jìn)行固化。在三維模型(x，y)坐標(biāo)相同的點(diǎn)，會(huì)隨著 Z 軸方向?qū)雍竦脑黾�，這些點(diǎn)上的翹曲變形量也在不斷的疊加，根據(jù)公式(2-61)第 i 層翹曲變形量計(jì)算公式，得制件上這些點(diǎn)在 Z 軸方向的累積翹曲變形量 F 為：32 2133( )6 6H HhF x yH h = + (2-62)取模型尺寸為 50mm 30mm 15mm，分層厚度為 0.15mm，將模型尺寸與分層厚度數(shù)據(jù)代入公式(2-61)中生成第 50 層單層的翹曲變形量，并將模型制件高度與頂點(diǎn)坐標(biāo)的值代入公式(2-62)中得 1~50 層點(diǎn)上累加變形量。通過 Matlab 中對(duì)模型翹曲變形進(jìn)行數(shù)值模擬，得出模型在第 50 層單層的翹曲變形量如圖 2-15 所示，第 50 層模型固化層的累積翹曲變形如圖 2-16 所示。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 鄭連興;;調(diào)頻連續(xù)波無線電測(cè)高及其階梯誤差分析[J];中國民航學(xué)院學(xué)報(bào)(綜合版);1989年01期

2 李仲陽,謝存禧,邵明,成曉陽;快速成型的精度分析與自適應(yīng)分層的研究[J];廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年02期

3 胡曉岳;;基于區(qū)域適應(yīng)性切片工藝的選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)[J];實(shí)驗(yàn)室研究與探索;2013年05期

4 江本赤;郭利;;快速成型制件成型方向的優(yōu)化選擇研究[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2009年05期

5 陳濤;梁明;;某型無線電高度表模擬測(cè)高試驗(yàn)的結(jié)果分析[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2011年01期

6 彭安華;張加林;;FDM快速成型技術(shù)中原理性誤差分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2008年04期

7 王少云;;無線電高度表靜態(tài)模擬測(cè)高試驗(yàn)結(jié)果分析[J];數(shù)據(jù)采集與處理;2006年03期

8 林潔瓊;王一博;靖賢;谷巖;;增材制造中STL模型的自適應(yīng)分層算法研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2018年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 王先逵;楊樹國;趙彤;顧杰;;提高卷繞成形加工零件精度的方法研究[A];特種加工技術(shù)——2001年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第九屆全國特種加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 楊舒雄;增材制造方式下的制件誤差分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 孫建平;快速成型加工的自適應(yīng)分層及冗余數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理研究[D];北京化工大學(xué);2006年

3 張媛;熔融沉積快速成型精度及工藝研究[D];大連理工大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2788932