近年來(lái),基于熔融沉積快速成型技術(shù)(FDM)的3D打印機(jī)因軟件開(kāi)源、操作環(huán)境干凈、購(gòu)置及打印成本低廉等優(yōu)勢(shì)而得到普及應(yīng)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(guò)減小分層厚度來(lái)控制;數(shù)據(jù)處理誤差一般可根據(jù)成型精度要求來(lái)設(shè)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(diǎn),首先分析FDM-3D單層面體打印幾何誤差的來(lái)源并進(jìn)行相關(guān)檢測(cè),提出切實(shí)可行的機(jī)床精度治理方法;然后通過(guò)FDM-3D打印、精度檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)研究以及數(shù)學(xué)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(yù)測(cè)模型;再依據(jù)誤差預(yù)測(cè)模型提出合理精度下曲線輪廓的折線自動(dòng)擬合手段,推導(dǎo)出基于人為設(shè)誤的幾何誤差修正數(shù)學(xué)模型;再根據(jù)修正后的折線輪廓給出了自動(dòng)生成高精度公式曲線的方法;最后,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了研究成果對(duì)提高FDM-3D單層面體打印精度的有效性。主要研究?jī)?nèi)容及成果有:(1)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件開(kāi)源、成型精度及性價(jià)比等方面,對(duì)兩種型號(hào)的主流桌面級(jí)FDM-3D打印機(jī)進(jìn)行了比對(duì)分析,闡述了提高Kossel型FDM-3D打印機(jī)成型精度的必要性,分析了對(duì)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(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)方式,對(duì)與工藝系統(tǒng)初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差——機(jī)床幾何誤差進(jìn)行了分類,分析出影響整體成型精度的主要誤差項(xiàng)目;利用自行設(shè)計(jì)制造的轉(zhuǎn)接架,對(duì)部分機(jī)床幾何誤差項(xiàng)目進(jìn)行了檢測(cè);對(duì)靜平臺(tái)水平度、動(dòng)平臺(tái)初始位置相對(duì)于靜平臺(tái)的平行度進(jìn)行了精度治理,檢測(cè)結(jié)果表明精度治理使得動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給精度同時(shí)得到了改善。(3)基于析因?qū)嶒?yàn)方法設(shè)計(jì)了三因素兩水平的23組試驗(yàn),全面考察分層層厚、噴頭溫度、打印速度三個(gè)因素的主效應(yīng)與因素之間的交互效應(yīng)對(duì)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(duì)誤差進(jìn)行了合成,結(jié)合試樣精度檢測(cè)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(yù)測(cè)模型;基于CAXA-WEDM軟件對(duì)試樣曲線輪廓進(jìn)行在設(shè)置值為0.01 mm精度下的折線自動(dòng)擬合;基于最小二乘法構(gòu)建折線頂點(diǎn)坐標(biāo)修正的數(shù)學(xué)模型;基于Table Curve-2D軟件自動(dòng)生成保形性好、相關(guān)度高且剩余標(biāo)準(zhǔn)誤差小的修正折線高精度公式曲線,以保證文件傳遞的簡(jiǎn)約性。(5)進(jìn)行修正前后的FDM-3D打印實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明應(yīng)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(yīng)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(duì)于FDM-3D打印機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用是大有裨益的。
【學(xué)位單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH164
【部分圖文】：

激光燒結(jié)型（SLS）、光敏樹(shù)脂固液化成型（SL）、數(shù)字光處理（DLP）、分層實(shí)體制造（LOM）等[28~29]。隨著先進(jìn)技術(shù)的儲(chǔ)備，3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，針對(duì)成型系統(tǒng)、設(shè)備、基礎(chǔ)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(kāi)放式 3D 打印機(jī)（OAM）如圖 1.1 所示，其主要特點(diǎn)是成型系統(tǒng)的體積不受其打印物體體積大小的限制，進(jìn)行材料填充的打印機(jī)噴頭不受空間位置的限制，在此基礎(chǔ)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(shè)備以無(wú)人機(jī)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(yīng)用在大型建筑、太空設(shè)備、海底建筑等多種場(chǎng)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(jī)（MMSLM）如圖 1.3 所示，在 SLM 打印設(shè)備的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)材料混構(gòu)，能對(duì)多種不同材料間進(jìn)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(yīng)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(jī)械設(shè)計(jì)成型特點(diǎn)使其適用于研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)等多領(lǐng)域，特別是對(duì)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(jī)（MMSLM）如圖 1.3 所示，在 SLM 打印設(shè)備的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)材料混構(gòu)，能對(duì)多種不同材料間進(jìn)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(yīng)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(jī)械設(shè)計(jì)成型特點(diǎn)使其適用于研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)等多領(lǐng)域，特別是對(duì)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2869001