3D打印技術(shù)自二十世紀八十年代問世以來,就憑借著其生產(chǎn)率高、研發(fā)周期短和易于加工復(fù)雜模型的特點,受到國內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注和深入研究,被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車工業(yè)、軍事、醫(yī)療等重要領(lǐng)域。碳纖維材料具有輕質(zhì)高強、耐高溫和耐腐蝕性的特點,將碳纖維材料與3D打印相結(jié)合,既能發(fā)揮其材料特性和成型方式的優(yōu)勢,又能解決碳纖維材料成型工藝繁瑣,難以制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型等問題,在提高熱塑性材料成型件的成型性能同時,又降低了純纖維材料3D打印的成本。由于纖維的連續(xù)性及3D打印層層疊加的特點,三維模型的切片處理是3D打印的前提,對于熱塑性材料的增強效果至關(guān)重要。因此,針對3D打印切片處理過程中連續(xù)纖維增強層的選擇、路徑規(guī)劃及碳纖維材料、基體材料、支撐材料等多材料的打印問題,研究三維模型的切片處理及工藝規(guī)劃方法。本文基于FDM（Fused Deposition Modeling,熔融沉積成型）3D打印技術(shù),把連續(xù)碳纖維復(fù)合材料用于熱塑性的性能增強,充分利用多種材料的不同特性,達到提高打印模型的成型性能和表面質(zhì)量的目標,主要研究工作如下:（1）基于碳纖維選擇性增強的3D打印切片處理多參數(shù)間關(guān)系研究。針對多材料多工... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2分形填充路徑（3）偏置輪廓填充路徑

23性增強處理效果提供了軟件保證。最后從3D打印機硬件結(jié)構(gòu)角度進行分析論述，本小節(jié)上文中的3D打印切片處理過程已經(jīng)完成了對性能增強層和普通層的識別，在打印性能增強層前會先在對應(yīng)的G代碼前加入切換噴頭指令，通過切換打印噴頭從而實現(xiàn)切換打印材料的目的，3D打印機硬件系統(tǒng)的固件部分會識別切換噴頭指令代碼，進而控制3D打印機機械結(jié)構(gòu)中的實際打印噴頭的切換，即是完成打印材料的切換，最終實現(xiàn)了打印模型的選擇性增強效果，多噴頭3D打印選擇性增強處理的基本原理圖如圖3-1所示。連續(xù)碳纖維復(fù)合材料PLA材料開始打印模型載入切片處理劃分增強區(qū)域輸出G文件切片處理打印材料固件識別位置信息溫度信息擠料信息XYZ軸移動加熱裝置加熱擠料和剪斷控制系統(tǒng)噴頭類型切換噴頭是否增強區(qū)域？碳纖維打印PLA打印模型生成是硬件控制否圖3-1多噴頭3D打印選擇性增強處理的基本原理圖3.2多噴頭間坐標系切換關(guān)系在多噴頭3D打印過程中，多個噴頭在空間中通過切換噴頭運動共同對模型用不同材料進行打印，要明白多個噴頭的空間運動協(xié)調(diào)關(guān)系，就需要明白多個噴頭間坐標系切換關(guān)系。對于碳纖維長纖復(fù)合材料對高分子材料選擇性增強，至少需要高分子材料噴頭和碳纖維材料噴頭兩個噴頭裝置。圖3-2為實驗室的雙噴頭3D打印機示意圖，兩個噴頭通過同一滑塊連接在一起，因此每個噴頭都以同種運動方式進行運動，每個噴頭每次打印結(jié)束后便會回到打印零點。圖3-2雙噴頭3D打印機示意圖

26置的打印層高值也為兩種，若直接通過式3-5由打印模型的高度信息計算模型的層數(shù)信息會導(dǎo)致計算錯誤，因此連續(xù)碳纖維復(fù)合材料打印切片層的層數(shù)位置是不能簡單直接確定的，進而無法直接根據(jù)切片層的層數(shù)位置來標識模型預(yù)期增強性能的特定部位，但是模型預(yù)期增強性能的特定部位的高度信息是唯一確定的，因此可以將模型特定部位的高度信息作為標識工具對模型的特定性能增強部位進行標識，因此在連續(xù)碳纖維3D打印中，多材料的層高參數(shù)可如式3-6進行設(shè)置。S={CFLH:CFSet,PLALH:PLASet}（3-6）在式3-6中，其中S表示多材料層高參數(shù)的設(shè)置方法，CFLH為碳纖維材料對應(yīng)設(shè)置的層高值，CFSet為碳纖維材料對應(yīng)設(shè)置的打印高度位置區(qū)間，PLALH為PLA材料對應(yīng)設(shè)置的層高值，PLASet為PLA材料對應(yīng)設(shè)置的打印高度位置區(qū)間。通過對式3-6進行分析計算，可得到式3-7的多材料層高集合數(shù)據(jù)類型。{1,2,3|,4,.,}iL=LHi=…J（3-7）在式3-7中，其中L為按照打印模型層數(shù)劃分的切片層層高集合，iLH表示第i層的切片層層高，i表示單一層數(shù)信息，J表示打印模型的總層數(shù)。通過這種集合區(qū)間的設(shè)置方式將碳纖維復(fù)合材料打印層和PLA材料打印層的層高區(qū)別開，根據(jù)識別特定層的類型，在特定層設(shè)置該層合適的層高值。另一方面，模型特定部分的高度值并不是總是打印材料層高的整數(shù)倍，當(dāng)特定部位的高度值不為層高的整數(shù)倍時，需要對多材料層高集合區(qū)間劃分方式進行優(yōu)化處理，使得實際打印模型與模型理想形狀更加接近。5mm1.2mm1.3mm4.0mm1.4mm碳纖維材料PLA材料PLA材料交叉區(qū)域S圖3-4標準長方體三維模型圖3-5分層處理特殊情況圖3-4為標準長方體模型，模型長度為80mm，寬度為15mm，高度為5mm，


本文編號：3298316