本文關鍵詞：3D打印擠出機熱力學分析及結構優(yōu)化設計

  更多相關文章： FDM打印噴頭 打印誤差 順暢吐絲 相變 優(yōu)化設計

【摘要】：3D打印(3D Printing)技術作為快速成型領域的一種新興技術,其熔融沉積式快速成型技術(Fused Deposition Modeling,FDM)是3D打印制造工藝的一種主要形式,它的工藝以其高度的制造柔性、制件結構復雜性和市場需求適應性成為未來應用最為廣泛的增材制造快速成型技術之一,在快速成型制造業(yè)和快速模具方面發(fā)揮著重要作用。FDM-3D打印擠出機(以下簡稱噴頭)是3D增材打印技術中的關鍵部件,本文針對FDM-3D打印噴頭在打印過程中存在的熱結構不合理引起的堵絲和打印精度差等問題展開理論分析研究,采用熱力學和流體熱力學有限元模擬分析方法,探索由噴頭造成的打印精度差、絲料在噴頭內熔化相變不穩(wěn)定引起堵絲等的原因,最后優(yōu)化設計噴頭結構,加工制造噴頭并做打印實驗,為3D打印技術產業(yè)化提供技術理論支持。主要研究工作總結如下:1)通過研究熔融沉積式3D打印噴頭結構與原理介紹了3D打印噴頭的類別,在此基礎上研究了噴頭的結構組成,將噴頭結構按照功能劃分區(qū)域,構建出熔融沉積式3D打印噴頭的定位區(qū)、進給區(qū)、熔絲區(qū)和增材區(qū)的區(qū)域組成,再根據噴絲原理,確定了本文的研究目標和所需要研究的工藝參數對象。2)噴頭噴絲過程中進絲機理的研究。借助有限元中的THERMAL模塊與FULID CFD模塊輔助分析ABS絲料在噴頭通道擠出時的流體熱力學性質,模擬材料在通道中擠出過程中的溫度場、速度場、壓力場以及相變過程,總結數據得出如何讓噴頭順暢吐絲的控制過程與所需溫度條件和壓力條件。3)基于有限元的3D打印噴頭打印精度分析。通過對目前市場上兩種熔融沉積式3D打印噴頭的三維建模和熱力學仿真分析,得出影響打印精度的敏感部位和熱布局對材料變形量如何影響。為針對打印噴頭打印精度的優(yōu)化設計方案做出理論鋪墊。4)熔融沉積式3D打印噴頭的結構優(yōu)化設計。針對熔融沉積式3D打印噴頭容易堵絲和打印精度兩大關鍵技術,通過上文對保障噴頭擠出熔融材料時所需特定壓力、速度、溫度與控制的關系研究以及噴頭結構的影響,提出優(yōu)化設計方案;在此基礎上研究了與擠出壓力有關的導輪之間摩擦力的大小計算,并且重新設計了送絲導輪機構。最后,對優(yōu)化后的噴頭與未優(yōu)化的噴頭做總熱變形和溫度分布仿真對比。5)產品設計定型并做打印試驗,打印產品展示,根據打印試驗進一步優(yōu)化。
【關鍵詞】：FDM打印噴頭 打印誤差 順暢吐絲 相變 優(yōu)化設計
【學位授予單位】：西安工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.73
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 概述11-13
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 課題背景和研究意義11-12
• 1.1.3 3D打印技術的分類與技術特點12-13
• 1.2 國內外相關研究概述13-15
• 1.3 論文主要工作及章節(jié)安排15-17
• 1.3.1 論文主要工作15-16
• 1.3.2 論文章節(jié)安排16-17
• 1.4 本章小結17-19
• 2 熔融沉積式 3D打印噴頭結構與原理研究19-25
• 2.1 概述19
• 2.2 熔融沉積式 3D打印噴頭的基本概念19-22
• 2.2.1 熔融沉積式 3D打印技術原理19-20
• 2.2.2 熔融沉積式打印噴頭打印特性分析20-22
• 2.3 熔融沉積式 3D打印噴頭的結構組成22-23
• 2.4 影響噴頭噴絲質量的工藝參數分析23-24
• 2.5 本章小結24-25
• 3 噴頭噴絲過程中進絲機理研究25-43
• 3.1 概述25
• 3.2 ABS材料熔融過程的三種狀態(tài)與屬性25-26
• 3.3 熔融沉積式 3D 打印噴頭噴絲過程中材料的相變分析26-35
• 3.3.1 相變分析理論知識研究26-28
• 3.3.2 絲料在噴頭通道中的相變過程28-34
• 3.3.3 數據分析與總結34-35
• 3.4 噴頭噴絲過程中絲料與喉管的熱耦合分析35-40
• 3.4.1 噴頭噴絲模擬環(huán)境參數的設計35-37
• 3.4.2 噴頭噴絲過程中熱場與結構場的耦合分析37-40
• 3.4.3 數據分析與數據總結40
• 3.5 基于有限元各模擬數據結果提出順暢吐絲實現方案40-41
• 3.6 本章小結41-43
• 4 溫度分布對噴頭打印精度的分析研究43-51
• 4.1 概述43
• 4.2 兩種傳統熔融沉積式噴頭的三維結構建模43-44
• 4.3 材料熱變形分析仿真實驗44-45
• 4.3.1 實驗目的44-45
• 4.3.2 基于有限元的金屬材料熱變形分析仿真實驗45
• 4.3.3 總結實驗數據得出結論45
• 4.4 基于有限元的噴頭熱力學變形分析45-50
• 4.4.1 熔融沉積式 3D打印噴頭打印誤差敏感方向的定義45-47
• 4.4.2 熔融沉積式 3D噴頭結構整體的熱力學變形有限元分析47-48
• 4.4.3 總結仿真分析數據48-49
• 4.4.4 影響熔融沉積式 3D打印噴頭打印精度的關鍵因素49-50
• 4.5 本章小結50-51
• 5 熔融沉積式 3D打印噴頭的結構優(yōu)化設計51-59
• 5.1 概述51
• 5.2 基于分析結果的優(yōu)化設計方案51-54
• 5.2.1 噴頭部件整體布局的設計51-52
• 5.2.2 送絲導論機構的優(yōu)化設計52-54
• 5.3 設計的噴頭與傳統的噴頭熱變形對比54-57
• 5.3.1 關鍵零部件熱變形數據對比54-56
• 5.3.2 設計的打印噴頭與打印實物展示56-57
• 5.4 本章小結57-59
• 6 結論與展望59-61
• 6.1 結論59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀學位期間發(fā)表文章65-66
• 致謝66

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 段寶巖;候波;;一種改進的天線結構優(yōu)化設計方法[J];西北電訊工程學院學報;1987年02期

2 丁予展;周寶才;陳啟鴻;;結構優(yōu)化設計技術在礦山機械設計中的初步應用及發(fā)展方向[J];礦山機械;1987年10期

3 洪業(yè);;結構優(yōu)化設計的一個方法[J];太原機械學院學報;1991年01期

4 陳建軍;段寶巖;;可靠性約束顯式化的結構優(yōu)化設計[J];西安電子科技大學學報;1993年03期

5 劉烈全;結構優(yōu)化技術在機械工程中的應用前景[J];機械工程;1983年01期

6 湯文成,易紅;工程結構優(yōu)化設計的策略[J];計算機輔助設計與制造;1997年05期

7 陳銀良;;多單元結構優(yōu)化設計系統在微機上移植成功[J];機械強度;1990年01期

8 萬秀紅;謝建平;葉偉鋒;;基于模擬的冷凝器結構優(yōu)化設計方法[J];數字技術與應用;2012年05期

9 劉建鑫;;小喇叭固定結構優(yōu)化設計[J];科技創(chuàng)業(yè)家;2013年16期

10 詹順;;基于MATLAB語言的結構重分析技術的應用[J];工程地質計算機應用;2012年04期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 朱輝;劉洪全;;從5.12大地震看結構優(yōu)化設計[A];河南省土木建筑學會2009年學術大會論文集[C];2009年

2 白新理;張多新;吳澤玉;楊開云;何偉;;結構優(yōu)化設計課程教學內容改革初探[A];力學與工程應用（第十三卷）[C];2010年

3 陳國藩;;計算機輔助結構優(yōu)化設計的新動向[A];中國土木工程學會計算機應用學會學術報告會論文集（4）[C];1989年

4 朱明程;劉西拉;;效益型結構的雙目標優(yōu)化設計[A];第三屆全國結構工程學術會議論文集（上）[C];1994年

5 王全鳳;;結構優(yōu)化設計——過去、現在和未來[A];第四屆全國結構工程學術會議論文集（上）[C];1995年

6 江建祥;周東明;高建華;;加速熵迭代優(yōu)化方法及在結構優(yōu)化設計中的應用[A];第五屆全國結構工程學術會議論文集（第一卷）[C];1996年

7 劉蓉華;;結構的影響荷載法及其在結構優(yōu)化設計中的應用[A];第五屆全國結構工程學術會議論文集（第一卷）[C];1996年

8 亢戰(zhàn);;基于凸模型的不確定性結構優(yōu)化設計[A];第七屆海峽兩岸工程力學研討會論文摘要集[C];2011年

9 段永飛;吳先坤;高彥良;霍文營;李謙;;天津某教學樓的結構優(yōu)化設計[A];第四屆全國建筑結構技術交流會論文集（上）[C];2013年

10 張師定;;帶權重的模糊規(guī)劃及其在結構優(yōu)化設計中的應用[A];中國系統工程學會模糊數學與模糊系統委員會第五屆年會論文選集[C];1990年

中國博士學位論文全文數據庫 前3條

1 易平;概率結構優(yōu)化設計的高效算法研究[D];大連理工大學;2007年

2 劉霞;結構優(yōu)化設計的遺傳演化算法研究[D];湖南大學;2007年

3 孟燕;鐵路智能運輸系統結構設計方法研究[D];鐵道部科學研究院;2005年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 冀陸奇;基于綠色建筑的框—剪結構優(yōu)化設計[D];長安大學;2015年

2 劉夢晗;內燃機連桿的靜動態(tài)分析及結構優(yōu)化設計[D];河北工程大學;2015年

3 吳華;某大跨度異形空間結構優(yōu)化設計及風洞數值模擬研究[D];廣西大學;2015年

4 吳蔚;建筑工程項目結構優(yōu)化設計控制的技術方法[D];南昌大學;2015年

5 張新生;玻璃鋼游艇結構與強度設計校核及優(yōu)化系統開發(fā)研究[D];江蘇科技大學;2015年

6 陳牡丹;某無人機復合材料V型尾翼結構優(yōu)化設計[D];南京航空航天大學;2014年

7 肖亮;3D打印擠出機熱力學分析及結構優(yōu)化設計[D];西安工程大學;2015年

8 劉濤;結構優(yōu)化設計的漸進方法及優(yōu)化設計的軟件實現[D];西北工業(yè)大學;2004年

9 李屹;改進的人工蜂群算法及其在結構優(yōu)化設計中的應用[D];廣東工業(yè)大學;2013年

10 楊冬U，

本文編號：1005534