發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 13:49

【摘要】：傳統(tǒng)的熔融沉積成型(Fused Deposit Modeling,FDM)增材制造技術(shù)通常采用“分層制造,層層疊加”的方式制造三維模型。熔融沉積成型工藝因打印設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì),迅速成為最常見的三維打印工藝之一。但是熔融沉積成型工藝中的臺(tái)階效應(yīng)與懸臂結(jié)構(gòu)的支撐使用是限制其拓寬應(yīng)用的嚴(yán)重阻礙。論文從五軸三維打印系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)打印模式設(shè)計(jì)、表面質(zhì)量影響因素分析、材料靜態(tài)掛流特性研究與材料動(dòng)態(tài)掛流特性研究五個(gè)方面開展了研究。首先開展了五軸三維打印裝備的設(shè)計(jì)�；谌S熔融沉積成型打印平臺(tái),設(shè)計(jì)了適應(yīng)性的變姿態(tài)平臺(tái),對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行了誤差的測(cè)量與補(bǔ)償使其精度達(dá)到安裝與標(biāo)定變姿態(tài)平臺(tái)的要求,并對(duì)現(xiàn)有的擠出系統(tǒng)進(jìn)行了免干涉設(shè)計(jì),最后開發(fā)了面向五軸打印系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。針對(duì)不同的典型打印問題,本論文設(shè)計(jì)三種面向五軸三維打印系統(tǒng)的基礎(chǔ)打印模式:切向打印模式、法向打印模式與兼容打印模式。其中切向打印模式良好的解決了臺(tái)階效應(yīng);法向打印解決了懸臂部分的支撐結(jié)構(gòu)問題,并拓寬了五軸打印的制造潛力;兼容打印模式集成了三軸打印與五軸打印模式,通過選擇性的啟動(dòng)五軸打印模式兼顧了打印效率與打印質(zhì)量。三種基礎(chǔ)打印模式搭建起的方法體系具有開放性,允許新方法的拓展與補(bǔ)充。針對(duì)臺(tái)階效應(yīng)導(dǎo)致的表面質(zhì)量問題,研究了打印件表面粗糙度的影響因素,建立了表面粗糙度的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步提出了控制傾斜角度可以提高表面質(zhì)量的觀點(diǎn)并得到了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。針對(duì)懸臂結(jié)構(gòu)在無支撐打印情況下表面質(zhì)量下降的問題,本文提出了靜態(tài)掛流的概念,建立了材料流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,提出了靜態(tài)掛流現(xiàn)象的發(fā)生存在一個(gè)臨界角度,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得了該臨界角度。最后論文針對(duì)五軸打印位姿調(diào)整導(dǎo)致的材料流動(dòng)問題,提出了動(dòng)態(tài)掛流的概念,分析了材料物理特性與五軸運(yùn)動(dòng)方式,根據(jù)粘性流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)建立了動(dòng)態(tài)掛流的數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的有效性,提出了動(dòng)態(tài)掛流的有效規(guī)避策略。
【圖文】：

W丨剩}鑇逡逑圖１．２典型三維打印件逡逑熔融沉積成型（ＦＤＭ）工藝是三維打印技術(shù)的典型工藝之一，也是目前普及度較高的逡逑一類三維打印工藝［｜２］。ＦＤＭ三維打印工藝筒單，成本低廉，，并且已經(jīng)建立了良好的開源逡逑社區(qū)，對(duì)于其進(jìn)一步發(fā)展和普及起到了積極的作用。圖１．３邋（ａ）為一臺(tái)典型的ＦＤＭ三維逡逑打印機(jī)的簡(jiǎn)圖。ＦＤＭ三維打印機(jī)利用熱塑性材料在熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性與粘結(jié)性，將絲逡逑材加熱至略高于熔化溫度，在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭完成運(yùn)動(dòng)過程并將熔融的材料擠出至逡逑指定的位置，熱塑性材料在其自身的粘結(jié)性以及噴頭施加的壓力的作用下與底板或是已經(jīng)逡逑冷卻成型的材料結(jié)合，然后冷卻至熔點(diǎn)以下凝固成型。噴頭運(yùn)動(dòng)完成逐層的打印最終實(shí)現(xiàn)逡逑三維模型的整體制造。目前熔融沉積成型工藝在醫(yī)療設(shè)備個(gè)性化訂制以及ＤＩＹ邋（Ｄｏ邋Ｉｔ逡逑Ｙｏｕｒｓｅｌｆ）等方面都發(fā)揮了重大的作用［１Ｍ６］。逡逑涵、３＇邋ｒ邋Ｘ）邐…了逡逑Ｉ：邐ｒｆｉｉ逡逑ｍ—遵一\l．．．．．．．．——．．．逡逑圖１．３ＦＤＭ打印機(jī)結(jié)構(gòu)筒圖（ａ）及不同類型的打印機(jī)產(chǎn)品（ｂ

熔融沉積成型（ＦＤＭ）工藝是三維打印技術(shù)的典型工藝之一，也是目前普及度較高的逡逑一類三維打印工藝［｜２］。ＦＤＭ三維打印工藝筒單，成本低廉，并且已經(jīng)建立了良好的開源逡逑社區(qū)，對(duì)于其進(jìn)一步發(fā)展和普及起到了積極的作用。圖１．３邋（ａ）為一臺(tái)典型的ＦＤＭ三維逡逑打印機(jī)的簡(jiǎn)圖。ＦＤＭ三維打印機(jī)利用熱塑性材料在熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性與粘結(jié)性，將絲逡逑材加熱至略高于熔化溫度，在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭完成運(yùn)動(dòng)過程并將熔融的材料擠出至逡逑指定的位置，熱塑性材料在其自身的粘結(jié)性以及噴頭施加的壓力的作用下與底板或是已經(jīng)逡逑冷卻成型的材料結(jié)合，然后冷卻至熔點(diǎn)以下凝固成型。噴頭運(yùn)動(dòng)完成逐層的打印最終實(shí)現(xiàn)逡逑三維模型的整體制造。目前熔融沉積成型工藝在醫(yī)療設(shè)備個(gè)性化訂制以及ＤＩＹ邋（Ｄｏ邋Ｉｔ逡逑Ｙｏｕｒｓｅｌｆ）等方面都發(fā)揮了重大的作用［１Ｍ６］。逡逑涵、３＇邋ｒ邋Ｘ）邐…了逡逑Ｉ：邐ｒｆｉｉ逡逑ｍ—遵一\l．．．．．．．．——．．．逡逑圖１．３ＦＤＭ打印機(jī)結(jié)構(gòu)筒圖（ａ）及不同類型的打印機(jī)產(chǎn)品（ｂ，ｃ）逡逑熔融沉積成型工藝具有廉價(jià)、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在著加工精度差，打印件表面粗逡逑糙等問題。作為三維打印技術(shù)的一種工藝，熔融沉積成型繼承了其“分層制造、逐層疊加”逡逑的制造原則
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP334.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2674396