本文關(guān)鍵詞：熔融沉積快速成型精度研究及其成型過程數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 熔融沉積成型 成型精度 溫度場模擬 應(yīng)力應(yīng)變場模擬

【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(shù)。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(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)、快速模具制作、醫(yī)療器械的設(shè)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(shù)的一個重要發(fā)展方向,但是,成型件的精度作為一個關(guān)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(shù)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(shù),模擬熔融沉積成型過程的溫度場和應(yīng)力場,以期得到工藝參數(shù)對成型精度的影響。 分析總結(jié)了熔融沉積成型產(chǎn)品容易產(chǎn)生的缺陷及精度的影響因素,它們分別是成型系統(tǒng)導(dǎo)致的誤差、CAD模型離散化導(dǎo)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(zhì)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(shù)值模擬技術(shù),在考慮了熔融沉積成型本身特點的基礎(chǔ)上,進行了合理的假設(shè),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(jié)構(gòu)耦合,以溫度場的分析結(jié)果作為初始條件,施加到應(yīng)力場分析中,進行了熔融沉積成型過程應(yīng)力場及應(yīng)變場的模擬,得出了不同掃描路徑及掃描速度下應(yīng)力應(yīng)變場的分布,并對相同路徑不同掃描速度下應(yīng)力應(yīng)變場及相同掃描速度下不同掃描路徑應(yīng)力應(yīng)變場進行了比較,分析給出了掃描路徑與掃描速度對應(yīng)力應(yīng)變場及變形量的影響規(guī)律。 本文關(guān)于熔融沉積成型工藝參數(shù)對表面質(zhì)量及翹曲變形的實驗研究及成型過程中工藝參數(shù)對溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場及其變形量的數(shù)值模擬研究,為實現(xiàn)熔融沉積成型精度及質(zhì)量控制提供了重要參考。
【關(guān)鍵詞】：熔融沉積成型 成型精度 溫度場模擬 應(yīng)力應(yīng)變場模擬
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shù)概述13-16
• 1.2.1 快速原型技術(shù)簡介13-15
• 1.2.2 快速成型技術(shù)的主要應(yīng)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(shù)的研究現(xiàn)狀及主要問題19-21
• 1.4.1 熔融沉積快速成型技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 熔融沉積快速成型技術(shù)存在的主要問題21
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)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(xiàn)的缺陷23-25
• 2.2.1 表面缺陷23-24
• 2.2.2 內(nèi)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(tǒng)導(dǎo)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(dǎo)致的誤差30
• 2.4 小結(jié)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(zhì)量實驗研究32-38
• 3.2.1 試樣設(shè)計及制作32-34
• 3.2.2 數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)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(shè)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(jié)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(jié)58-59
• 第五章 熔融堆積成型過程應(yīng)力應(yīng)變場的模擬研究59-73
• 5.1 應(yīng)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(zhuǎn)換分析單元類型、定義相應(yīng)的材料特性參數(shù)60-61
• 5.4 約束的施加61
• 5.5 算法的設(shè)計61-62
• 5.6 熔融堆積成型應(yīng)力場的模擬結(jié)果分析62-67
• 5.6.1 相同掃描路徑及掃描速度下應(yīng)力場的比較62-65
• 5.6.2 相同路徑不同掃描速度下應(yīng)力場的比較65-66
• 5.6.3 不同掃描路徑的應(yīng)力場的比較66-67
• 5.7 熔融堆積成型應(yīng)變場的模擬結(jié)果分析67-70
• 5.7.1 不同掃描速度下應(yīng)變場的比較68-69
• 5.7.2 不同掃描路徑下應(yīng)變場的比較69-70
• 5.8 本章小結(jié)70-73
• 第六章 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)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(yīng)力場模擬程序83-85
• 致謝85-86
• 附件86

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉斌;謝毅;;熔融沉積快速成型系統(tǒng)噴頭應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J];工程塑料應(yīng)用;2008年12期

2 鄒國林,賈振元,郭東明,趙福令;FDM工藝精度分析與正交試驗設(shè)計[J];電加工與模具;2001年04期

3 彭安華;張劍峰;;熔融堆積成型制件中層間應(yīng)力及翹曲變形研究[J];淮海工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

4 劉光富,李愛平;熔融擠壓快速成形制件的質(zhì)量分析[J];機械設(shè)計與制造;2002年06期

5 余東滿;李曉靜;王笛;;熔融沉積快速成型工藝過程分析及應(yīng)用[J];機械設(shè)計與制造;2011年08期

6 洪國棟,張偉,吳良偉,趙志文,鄒清澤,顏永年,張月芳;熔融材料堆積成形技術(shù)及其應(yīng)用[J];機械工業(yè)自動化;1997年04期

7 陸春進,侯麗雅,楊繼全;微小機械快速成型系統(tǒng)中的 CAD 技術(shù)[J];機械科學(xué)與技術(shù);1998年04期

8 王天明;習(xí)俊通;金燁;;熔融堆積成型中的原型翹曲變形[J];機械工程學(xué)報;2006年03期

9 宋麗莉,曹志清,孫建平;掃描方式對熔融擠壓快速成型影響的數(shù)值模擬[J];機械與電子;2005年06期

10 何新英;潘夕琪;劉曉紅;;FDM工藝中的尺寸補償[J];機械與電子;2006年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 紀(jì)良波;熔融沉積成型有限元模擬與工藝優(yōu)化研究[D];南昌大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳靜;熔融沉積成形中掃描方式的研究[D];華中科技大學(xué);2009年

2 熊文平;激光快速原型三維溫度場仿真及其熱應(yīng)變計算[D];湖南大學(xué);2004年

3 余夢;熔融沉積成型材料與支撐材料的研究[D];華中科技大學(xué);2007年

，

本文編號：751203