本文關(guān)鍵詞：FDM快速成型機(jī)的數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：FDM快速成型工藝(Fused Deposition Modeling),又稱熔融沉積造型,它的工作原理是首先將設(shè)計(jì)好的三維模型通過切片軟件對(duì)其進(jìn)行切片,將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機(jī)中,然后將打印線材(PLA、ABS等)加熱到熔融狀態(tài)后,通過擠壓從噴嘴處將熔融狀態(tài)下的線材擠出成絲狀,接著按照切片所得的截面軌跡逐層打印堆積直至完成。采用FDM快速成型技術(shù)的3D打印機(jī)與傳統(tǒng)工藝技術(shù)相比在加工成本、成型件的復(fù)雜程度等方面優(yōu)勢(shì)明顯,在機(jī)械、土木工程、軍事、醫(yī)療等方面也得到廣泛的應(yīng)用,有著良好的發(fā)展前景和巨大的商業(yè)價(jià)值。但由于FDM快速成型技術(shù)屬于多學(xué)科相融合的一項(xiàng)技術(shù),涉及機(jī)械、電子、材料、軟件等領(lǐng)域的知識(shí)。因此,其在研發(fā)的過程中所遇到的問題也是錯(cuò)綜復(fù)雜的,例如噴頭軌跡的規(guī)劃、填充和回抽的算法、運(yùn)算控制軟件的開發(fā)、打印材料的諸多限制、打印復(fù)雜模型時(shí)間長(zhǎng)、噴嘴結(jié)構(gòu)無法長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)工作等問題。因此,本文結(jié)合日常使用中遇到的問題,選擇其中的三種(噴嘴經(jīng)常堵料、打印時(shí)間過長(zhǎng)、發(fā)生故障時(shí)拆卸繁瑣),運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)其中涉及到的溫度場(chǎng)、熱力耦合等問題進(jìn)行數(shù)值模擬,得到相關(guān)的數(shù)據(jù),最終通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)基于一種新型的噴嘴與舊噴嘴的溫度場(chǎng)對(duì)比作為引導(dǎo),引導(dǎo)出噴嘴溫度場(chǎng)的穩(wěn)定性、溫差的范圍對(duì)線材熔融過程的假設(shè),以高斯熱源模型作為噴嘴的熱源,結(jié)合ANSYS Workbench軟件的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分析模塊,對(duì)新舊兩種噴嘴的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬;(2)打印速度能否得到提高的關(guān)鍵取決于最終的成型件是否穩(wěn)定,所以將新噴嘴的打印速度調(diào)整到舊噴嘴打印速度的兩倍,對(duì)比其最終打印成型件的溫度場(chǎng)。這一過程依然要借助ANSYS Workbench軟件,但由于成型件的成型過程是逐層打印依次成型的過程,因此常規(guī)方法無法真實(shí)的模擬該過程,所以需要借助生死單元技術(shù)和APDL匯編語言來完成;(3)借助成型件溫度場(chǎng)的模擬數(shù)值,可直接對(duì)其應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬,將成型件的打印起始點(diǎn)Z軸設(shè)定為邊界約束,將所有節(jié)點(diǎn)的溫度依次加載到成型件上,最終完成數(shù)值模擬;(4)新型FDM快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);(5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之前對(duì)新舊噴嘴和成型件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：FDM 生死單元技術(shù) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP334.8
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 選題背景及研究意義10-13
• 1.2 基于FDM快速成型工藝的 3D打印機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 FDM快速成型機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 FDM快速成型機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.3 FDM快速成型機(jī)原理18-21
• 1.3.1 概念18-19
• 1.3.2 應(yīng)用原理及流程19-21
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.4.1 主要研究的內(nèi)容21-22
• 1.4.2 預(yù)期結(jié)果22-23
• 第2章 溫度場(chǎng)熱源模型的建立23-28
• 2.1 FDM快速成型機(jī)溫度場(chǎng)分析23
• 2.2 FDM快速成型機(jī)溫度場(chǎng)熱傳導(dǎo)方程的建立23-25
• 2.3 熱源模型的建立25-27
• 2.3.1 打印頭熱源模型的建立25-27
• 2.3.2 加熱板熱源模型的建立27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬28-46
• 3.1 有限元數(shù)值模擬的基本假設(shè)28
• 3.2 材料的物理參數(shù)28-29
• 3.3 新結(jié)構(gòu)噴嘴29-30
• 3.4 掃描方式30-31
• 3.5 新舊噴嘴溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬31-40
• 3.5.1 噴嘴溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的意義31
• 3.5.2 噴嘴溫度場(chǎng)數(shù)值模擬過程的實(shí)現(xiàn)31-36
• 3.5.3 新舊噴嘴溫度場(chǎng)數(shù)值模擬仿真云圖對(duì)比36-40
• 3.6 成型件溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬40-44
• 3.6.1 成型件溫度場(chǎng)數(shù)值仿真模擬的意義40
• 3.6.2 成型件溫度場(chǎng)數(shù)值模擬過程的實(shí)現(xiàn)40-43
• 3.6.3 成型件在新舊噴嘴作用下的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬46-57
• 4.1 熱-力耦合場(chǎng)分析理論46-50
• 4.1.1 熱-力耦合場(chǎng)分析基本理論47-50
• 4.1.2 熱-力耦合場(chǎng)分析基本假設(shè)50
• 4.2 應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬50-53
• 4.2.1 成型件應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn)50-53
• 4.3 成型件應(yīng)力場(chǎng)對(duì)比53-56
• 4.4 本章總結(jié)56-57
• 第5章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)構(gòu)優(yōu)化57-66
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與測(cè)量57-58
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)57-58
• 5.2.2 噴嘴的測(cè)量環(huán)境和測(cè)量工具58
• 5.3 驗(yàn)證及數(shù)據(jù)分析58-62
• 5.3.1 新舊噴嘴仿真結(jié)果驗(yàn)證與分析58-59
• 5.3.2 新舊噴嘴打印速度對(duì)比分析59-61
• 5.3.3 新舊噴嘴成型件應(yīng)力場(chǎng)仿真與試驗(yàn)對(duì)比分析61-62
• 5.4 新型FDM快速成型機(jī)結(jié)構(gòu)62-64
• 5.3.1 存在的問題62-63
• 5.3.2 解決方案63-64
• 5.5 新舊結(jié)構(gòu)對(duì)比64-65
• 5.6 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論和展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 致謝69-70
• 作者簡(jiǎn)介70-71

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本文編號(hào)：1103181