發(fā)布時間：2020-11-03 19:23

　　 近年來,基于熔融沉積快速成型技術(shù)(FDM)的3D打印機因軟件開源、操作環(huán)境干凈、購置及打印成本低廉等優(yōu)勢而得到普及應用。FDM-3D打印制成的產(chǎn)品也不可避免地存在原理性誤差、數(shù)據(jù)處理誤差以及加工誤差。原理性誤差一般通過減小分層厚度來控制;數(shù)據(jù)處理誤差一般可根據(jù)成型精度要求來設置輸出參數(shù),以追求成型精度與加工效率之間的平衡。本文以FDM-3D打印的加工誤差為研究重點,首先分析FDM-3D單層面體打印幾何誤差的來源并進行相關(guān)檢測,提出切實可行的機床精度治理方法;然后通過FDM-3D打印、精度檢測等實驗研究以及數(shù)學處理,建立優(yōu)化工藝參數(shù)下單層面體曲線輪廓幾何誤差的預測模型;再依據(jù)誤差預測模型提出合理精度下曲線輪廓的折線自動擬合手段,推導出基于人為設誤的幾何誤差修正數(shù)學模型;再根據(jù)修正后的折線輪廓給出了自動生成高精度公式曲線的方法;最后,實驗驗證了研究成果對提高FDM-3D單層面體打印精度的有效性。主要研究內(nèi)容及成果有:(1)從機械結(jié)構(gòu)、軟件開源、成型精度及性價比等方面,對兩種型號的主流桌面級FDM-3D打印機進行了比對分析,闡述了提高Kossel型FDM-3D打印機成型精度的必要性,分析了對其成型模型幾何精度造成影響的各種因素。(2)根據(jù)Kossel型FDM-3D打印機的機械結(jié)構(gòu)特點及運動方式,對與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差——機床幾何誤差進行了分類,分析出影響整體成型精度的主要誤差項目;利用自行設計制造的轉(zhuǎn)接架,對部分機床幾何誤差項目進行了檢測;對靜平臺水平度、動平臺初始位置相對于靜平臺的平行度進行了精度治理,檢測結(jié)果表明精度治理使得動平臺運動的進給精度同時得到了改善。(3)基于析因?qū)嶒灧椒ㄔO計了三因素兩水平的23組試驗,全面考察分層層厚、噴頭溫度、打印速度三個因素的主效應與因素之間的交互效應對單層面體輪廓幾何精度的影響,綜合考慮成型效率得到層厚0.06 mm、噴頭溫度190℃、打印速度60 mm/s的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。(4)根據(jù)概率理論對誤差進行了合成,結(jié)合試樣精度檢測結(jié)果,得到優(yōu)化工藝參數(shù)下單層面體輪廓幾何誤差的預測模型;基于CAXA-WEDM軟件對試樣曲線輪廓進行在設置值為0.01 mm精度下的折線自動擬合;基于最小二乘法構(gòu)建折線頂點坐標修正的數(shù)學模型;基于Table Curve-2D軟件自動生成保形性好、相關(guān)度高且剩余標準誤差小的修正折線高精度公式曲線,以保證文件傳遞的簡約性。(5)進行修正前后的FDM-3D打印實驗,結(jié)果表明應用本文的修正方法,單層面體打印精度接近0.1 mm,有效的提高了此型3D打印的成型精度。應用本文的研究成果,在不增加硬件成本的前提下可使FDM-3D打印件的單層面體幾何精度得到提高,這對于FDM-3D打印機的進一步推廣應用是大有裨益的。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH164
【部分圖文】：

激光燒結(jié)型（SLS）、光敏樹脂固液化成型（SL）、數(shù)字光處理（DLP）、分層實體制造（LOM）等[28~29]。隨著先進技術(shù)的儲備，3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，針對成型系統(tǒng)、設備、基礎部件、材料的持續(xù)研發(fā)，3D 打印發(fā)展出許多新型的成型工藝。開放式 3D 打印機（OAM）如圖 1.1 所示，其主要特點是成型系統(tǒng)的體積不受其打印物體體積大小的限制，進行材料填充的打印機噴頭不受空間位置的限制，在此基礎上還能保證極高的打印成型精度，能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸結(jié)構(gòu)的 3D 打印直接成型。該打印設備以無人機裝載打印噴頭，配備有持續(xù)性的供料系統(tǒng)保證成型所需要的可黏合材料的供給，可以應用在大型建筑、太空設備、海底建筑等多種場景的加工成型。

圖 1.2 工藝混合流水線Fig. 1.2 Process blending pipeline材料混構(gòu) 3D 打印機（MMSLM）如圖 1.3 所示，在 SLM 打印設備的基礎上來實現(xiàn)材料混構(gòu)，能對多種不同材料間進行合金化或嵌套化的激光熔覆成型，可根據(jù)需要成型不同性能的物體或零件。該成型工藝在構(gòu)建金屬器件的空間中形成了立體像素（體素），體素可根據(jù)不同的需求由相應的材料構(gòu)成，構(gòu)成方式可分為金屬間化合物和晶格嵌套兩種。該成型工藝快速靈活的機械設計成型特點使其適用于研究、開發(fā)、生產(chǎn)等多領(lǐng)域，特別是對提升不同粉末混構(gòu)金屬器件的性能上有突出作用。

圖 1.2 工藝混合流水線Fig. 1.2 Process blending pipeline材料混構(gòu) 3D 打印機（MMSLM）如圖 1.3 所示，在 SLM 打印設備的基礎上來實現(xiàn)材料混構(gòu)，能對多種不同材料間進行合金化或嵌套化的激光熔覆成型，可根據(jù)需要成型不同性能的物體或零件。該成型工藝在構(gòu)建金屬器件的空間中形成了立體像素（體素），體素可根據(jù)不同的需求由相應的材料構(gòu)成，構(gòu)成方式可分為金屬間化合物和晶格嵌套兩種。該成型工藝快速靈活的機械設計成型特點使其適用于研究、開發(fā)、生產(chǎn)等多領(lǐng)域，特別是對提升不同粉末混構(gòu)金屬器件的性能上有突出作用。
【參考文獻】

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本文編號：2869001