【摘要】：三維成型機作為一種新型的打印技術(shù),因其操作簡單,成本低,可打印復(fù)雜零件等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用在機械制造、醫(yī)療設(shè)備、珠寶等領(lǐng)域。但是三維成型機的硬件設(shè)備較多,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此,對于電機穩(wěn)定性和熱噴頭溫度精確度的提高顯得尤為重要。本文以我校自主設(shè)計的桌面級三維成型系統(tǒng)為研究對象,基于該實驗平臺對五臺電機的優(yōu)化控制和熱噴頭的溫度預(yù)測問題進行研究,從而提高系統(tǒng)的打印精度。主要研究內(nèi)容包括:首先,在現(xiàn)有的實驗平臺上進行整體架構(gòu)方案研究,根據(jù)其成型原理,分析系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件應(yīng)用與機械設(shè)計,在此基礎(chǔ)上,提取出多臺電機間的協(xié)調(diào)優(yōu)化和熱噴頭溫度預(yù)測反饋兩個研究點,從硬件和軟件兩方面給出設(shè)計方案。其次,通過建立步進電機及五軸(X、Y、Z1、Z2軸和擠出機P)聯(lián)動模型,分析五軸電機的聯(lián)動誤差,給出優(yōu)化設(shè)計思路,對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID控制算法進行研究,優(yōu)劣互補,融合優(yōu)化,提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的五軸成型優(yōu)化控制算法。仿真及實驗測試結(jié)果表明,五軸電機穩(wěn)定性明顯提高,誤差降低,調(diào)節(jié)時間縮短3.02s。除此之外,針對熱噴頭溫度影響產(chǎn)品成型效果問題,本文提出基于粒子群優(yōu)化支持向量機(PSO-SVM)的熱噴頭溫度預(yù)測算法,利用PSO優(yōu)化SVM參數(shù),兩種算法揚長避短,以打印時的外界環(huán)境溫度與噴頭移動速度為輸入量,通過訓(xùn)練樣本進行仿真預(yù)測。實驗結(jié)果表明該算法的預(yù)測準(zhǔn)確度較高,其平均相對誤差較改進前降低了 5.6%,熱噴頭溫度控制效果明顯改善,可促進成型精度的提高。最后,對整個成型過程中所用建模、切片以及成型軟件進行分析,設(shè)計操控界面,設(shè)置參數(shù)值,調(diào)試軟硬件系統(tǒng)。在優(yōu)化后的實驗平臺上加工出人形動畫實物,實驗結(jié)果表明,經(jīng)本文所提方法優(yōu)化后的成型產(chǎn)品光滑度明顯提升,最大粗糙度下降0.42mm。因此,該方法可為大型三維成型機的精細(xì)控制方面提供參考。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP273;TP334.8
【圖文】：

研究背景又稱三維（3D）打印機，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，或塑料等可粘合材料，根據(jù)三維數(shù)據(jù)信息，采用逐層累加的的切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的累積成型過程[1]“3D 打印”這個名詞以來，3D 打印的概念逐漸走進人們的業(yè)的快速發(fā)展，3D 打印機作為成型技術(shù)的主要設(shè)備，發(fā)展打印服務(wù)不斷更新，為各廠商提供了更加寬廣的發(fā)展平臺0 年代末開始，3D 打印技術(shù)逐漸興盛起來，被稱為“材料“分層制造”等，根據(jù)成型原理的差異，可分為:熔融沉eling, FDM)、立體光固化成型(Stereo Lithography Apparatusective Laser Sintering, SLS)等[5-7]，其打印的基本流程如圖 1具有以下優(yōu)點：即時成型，可根據(jù)客戶的個性化需求，實時快，可快速打印出許多復(fù)雜多樣的模型；成型產(chǎn)品精確度高

2 三維成型系統(tǒng)架構(gòu)方案與分析2 三維成型系統(tǒng)架構(gòu)方案與分析 三維成型技術(shù)原理沉積成型技術(shù)簡稱 FDM 技術(shù)，以熱熔性絲狀材料為加工原料，經(jīng)頭，并在噴頭中加熱熔化成半液態(tài)，經(jīng)口徑較小的噴嘴擠壓出，形機的控制下，根據(jù)產(chǎn)品截面信息選擇性的將熱熔材料涂抹在熱床冷卻后便形成圖形截面。一層截面成型后，熱噴頭實時調(diào)整高度與覆蓋，如此循環(huán)往復(fù)，截面進行層層堆積，直至形成整個打印模印過程[26]。FDM 技術(shù)的成型實質(zhì)是將熱熔材料進行預(yù)熱熔化和擠其成型流程主要是：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、快速制造、后處理，

構(gòu)；2-熱熔材料；3-擠出機；4-熱噴頭；5-三維產(chǎn)品；圖 2.2 2 三維成型系統(tǒng)工作原理圖打印方式相似，是由數(shù)據(jù)控制硬件完成打印，是一種典型的多學(xué)科交叉系統(tǒng)。本文研究的基統(tǒng)、硬件控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)組平臺、擠出機構(gòu)、支撐裝置組成，是三維成型件控制模塊和驅(qū)動電路，是整個系統(tǒng)最為重要的橋梁作用，負(fù)責(zé)識別從軟件系統(tǒng)獲取的 Gcod制指令，發(fā)送至驅(qū)動電路與機械系統(tǒng)，完成整為上下位機兩部分，上位機主要是三維模型建型到單片機可識別文件的格式轉(zhuǎn)換過程以及整

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