本文關鍵詞：熔融沉積快速成型精度研究及其成型過程數值模擬

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【摘要】：熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling, FDM)是一種近幾十年來得到迅速發(fā)展的快速成型制造技術。因其在成型過程中不需要激光、成型材料廣泛且占地面積小等而被廣泛應用于產品開發(fā)、快速模具制作、醫(yī)療器械的設計開發(fā)及人體器官的原型制作,代表著快速成型制造技術的一個重要發(fā)展方向,但是,成型件的精度作為一個關鍵因素限制了熔融沉積成型的發(fā)展。因此,本文擬從熔融沉積成型的工藝參數出發(fā),對其原型精度進行實驗研究,并采用大型有限元分析軟件ANSYS中的“單元生死”技術,模擬熔融沉積成型過程的溫度場和應力場,以期得到工藝參數對成型精度的影響。 分析總結了熔融沉積成型產品容易產生的缺陷及精度的影響因素,它們分別是成型系統導致的誤差、CAD模型離散化導致的誤差、分層厚度引起的誤差、噴絲寬度引起的誤差和材料的收縮引起的誤差等,并對原型制件表面質量及翹曲變形做了實驗探究,得出其影響因素及影響規(guī)律。 研究了熔融沉積成型溫度場有限元數值模擬技術,在考慮了熔融沉積成型本身特點的基礎上,進行了合理的假設,建立了熔融沉積成型過程溫度場的分析模型,模擬得出各點溫度隨時間變化、溫度梯度及不同掃描速度及掃描路徑對溫度場的影響。 采用熱-結構耦合,以溫度場的分析結果作為初始條件,施加到應力場分析中,進行了熔融沉積成型過程應力場及應變場的模擬,得出了不同掃描路徑及掃描速度下應力應變場的分布,并對相同路徑不同掃描速度下應力應變場及相同掃描速度下不同掃描路徑應力應變場進行了比較,分析給出了掃描路徑與掃描速度對應力應變場及變形量的影響規(guī)律。 本文關于熔融沉積成型工藝參數對表面質量及翹曲變形的實驗研究及成型過程中工藝參數對溫度場、應力應變場及其變形量的數值模擬研究,為實現熔融沉積成型精度及質量控制提供了重要參考。
【關鍵詞】：熔融沉積成型 成型精度 溫度場模擬 應力應變場模擬
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 快速原型技術概述13-16
• 1.2.1 快速原型技術簡介13-15
• 1.2.2 快速成型技術的主要應用15-16
• 1.3 熔融沉積快速成型工藝簡介16-19
• 1.3.1 熔融沉積快速成型工藝的工作原理16
• 1.3.2 熔融沉積快速成型工藝的工藝特點16-17
• 1.3.3 熔融沉積快速成型的工藝過程17-19
• 1.4 熔融沉積快速成型技術的研究現狀及主要問題19-21
• 1.4.1 熔融沉積快速成型技術的國內外研究現狀19-21
• 1.4.2 熔融沉積快速成型技術存在的主要問題21
• 1.5 課題研究的主要內容21-23
• 第二章 熔融沉積快速成型零件精度分析23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 制件可能出現的缺陷23-25
• 2.2.1 表面缺陷23-24
• 2.2.2 內部缺陷24-25
• 2.3 影響熔融沉積快速成型制件精度的因素25-30
• 2.3.1 成型系統導致的誤差25
• 2.3.2 CAD模型離散化過程中的精度損失25-26
• 2.3.3 材料收縮引起的尺寸誤差26-27
• 2.3.4 分層厚度的影響27-29
• 2.3.5 噴頭溫度和成型室溫度的影響29
• 2.3.6 噴絲寬度的影響29
• 2.3.7 填充速度和擠出速度交互的影響29-30
• 2.3.8 后處理過程中導致的誤差30
• 2.4 小結30-31
• 第三章 熔融沉積快速成型精度的實驗研究31-45
• 3.1 引言31-32
• 3.2 熔融沉積快速成型制件表面質量實驗研究32-38
• 3.2.1 試樣設計及制作32-34
• 3.2.2 數據處理34-38
• 3.3 熔融沉積快速成型制件翹曲變形實驗研究38-44
• 3.3.1 翹曲變形的成因38
• 3.3.2 翹曲變形的表征38-39
• 3.3.3 翹曲變形的實驗研究39-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 熔融沉積成型過程溫度場的模擬研究45-59
• 4.1 ANSYS有限元軟件簡介45-46
• 4.2 生死單元技術46
• 4.3 熔融沉積成型有限元分析特點46-47
• 4.4 熔融堆積成形過程溫度場的模擬47-52
• 4.4.1 單元類型的選取47-48
• 4.4.2 熱分析介紹48-49
• 4.4.3 相變潛熱的處理49-50
• 4.4.4 算法設計50
• 4.4.5 有限元模型的建立50-52
• 4.5 熔融堆積成型過程溫度場的模擬結果分析52-58
• 4.5.1 熔融堆積成型過程中各節(jié)點的溫度隨時間變化分析52-54
• 4.5.2 熔融沉積成型過程中某時刻的溫度梯度分布特征54-56
• 4.5.3 不同掃描速度對溫度場的影響56-57
• 4.5.4 不同掃描路徑對溫度場的影響57-58
• 4.6 本章小結58-59
• 第五章 熔融堆積成型過程應力應變場的模擬研究59-73
• 5.1 應力場模擬遵循的基本理論59
• 5.2 ANSYS中的熱-力耦合分析59-60
• 5.3 轉換分析單元類型、定義相應的材料特性參數60-61
• 5.4 約束的施加61
• 5.5 算法的設計61-62
• 5.6 熔融堆積成型應力場的模擬結果分析62-67
• 5.6.1 相同掃描路徑及掃描速度下應力場的比較62-65
• 5.6.2 相同路徑不同掃描速度下應力場的比較65-66
• 5.6.3 不同掃描路徑的應力場的比較66-67
• 5.7 熔融堆積成型應變場的模擬結果分析67-70
• 5.7.1 不同掃描速度下應變場的比較68-69
• 5.7.2 不同掃描路徑下應變場的比較69-70
• 5.8 本章小結70-73
• 第六章 結論與展望73-75
• 6.1 結論73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻75-79
• 附錄79-85
• 溫度場模擬程序79-83
• 應力場模擬程序83-85
• 致謝85-86
• 附件86

【參考文獻】

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本文編號：751203