本文關(guān)鍵詞：3D打印擠出機(jī)熱力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：3D打印(3D Printing)技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù),其熔融沉積式快速成型技術(shù)(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(jié)構(gòu)復(fù)雜性和市場(chǎng)需求適應(yīng)性成為未來(lái)應(yīng)用最為廣泛的增材制造快速成型技術(shù)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(jī)(以下簡(jiǎn)稱噴頭)是3D增材打印技術(shù)中的關(guān)鍵部件,本文針對(duì)FDM-3D打印噴頭在打印過(guò)程中存在的熱結(jié)構(gòu)不合理引起的堵絲和打印精度差等問(wèn)題展開(kāi)理論分析研究,采用熱力學(xué)和流體熱力學(xué)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(nèi)熔化相變不穩(wěn)定引起堵絲等的原因,最后優(yōu)化設(shè)計(jì)噴頭結(jié)構(gòu),加工制造噴頭并做打印實(shí)驗(yàn),為3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)理論支持。主要研究工作總結(jié)如下:1)通過(guò)研究熔融沉積式3D打印噴頭結(jié)構(gòu)與原理介紹了3D打印噴頭的類別,在此基礎(chǔ)上研究了噴頭的結(jié)構(gòu)組成,將噴頭結(jié)構(gòu)按照功能劃分區(qū)域,構(gòu)建出熔融沉積式3D打印噴頭的定位區(qū)、進(jìn)給區(qū)、熔絲區(qū)和增材區(qū)的區(qū)域組成,再根據(jù)噴絲原理,確定了本文的研究目標(biāo)和所需要研究的工藝參數(shù)對(duì)象。2)噴頭噴絲過(guò)程中進(jìn)絲機(jī)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(shí)的流體熱力學(xué)性質(zhì),模擬材料在通道中擠出過(guò)程中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)以及相變過(guò)程,總結(jié)數(shù)據(jù)得出如何讓噴頭順暢吐絲的控制過(guò)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(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上兩種熔融沉積式3D打印噴頭的三維建模和熱力學(xué)仿真分析,得出影響打印精度的敏感部位和熱布局對(duì)材料變形量如何影響。為針對(duì)打印噴頭打印精度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案做出理論鋪墊。4)熔融沉積式3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)熔融沉積式3D打印噴頭容易堵絲和打印精度兩大關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)上文對(duì)保障噴頭擠出熔融材料時(shí)所需特定壓力、速度、溫度與控制的關(guān)系研究以及噴頭結(jié)構(gòu)的影響,提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;在此基礎(chǔ)上研究了與擠出壓力有關(guān)的導(dǎo)輪之間摩擦力的大小計(jì)算,并且重新設(shè)計(jì)了送絲導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)。最后,對(duì)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(duì)比。5)產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型并做打印試驗(yàn),打印產(chǎn)品展示,根據(jù)打印試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：FDM打印噴頭 打印誤差 順暢吐絲 相變 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(lái)源11
• 1.1.2 課題背景和研究意義11-12
• 1.1.3 3D打印技術(shù)的分類與技術(shù)特點(diǎn)12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)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(jié)17-19
• 2 熔融沉積式 3D打印噴頭結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)組成22-23
• 2.4 影響噴頭噴絲質(zhì)量的工藝參數(shù)分析23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 3 噴頭噴絲過(guò)程中進(jìn)絲機(jī)理研究25-43
• 3.1 概述25
• 3.2 ABS材料熔融過(guò)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(guò)程中材料的相變分析26-35
• 3.3.1 相變分析理論知識(shí)研究26-28
• 3.3.2 絲料在噴頭通道中的相變過(guò)程28-34
• 3.3.3 數(shù)據(jù)分析與總結(jié)34-35
• 3.4 噴頭噴絲過(guò)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(shù)的設(shè)計(jì)35-37
• 3.4.2 噴頭噴絲過(guò)程中熱場(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)的耦合分析37-40
• 3.4.3 數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)總結(jié)40
• 3.5 基于有限元各模擬數(shù)據(jù)結(jié)果提出順暢吐絲實(shí)現(xiàn)方案40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-43
• 4 溫度分布對(duì)噴頭打印精度的分析研究43-51
• 4.1 概述43
• 4.2 兩種傳統(tǒng)熔融沉積式噴頭的三維結(jié)構(gòu)建模43-44
• 4.3 材料熱變形分析仿真實(shí)驗(yàn)44-45
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>44-45
• 4.3.2 基于有限元的金屬材料熱變形分析仿真實(shí)驗(yàn)45
• 4.3.3 總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論45
• 4.4 基于有限元的噴頭熱力學(xué)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(jié)構(gòu)整體的熱力學(xué)變形有限元分析47-48
• 4.4.3 總結(jié)仿真分析數(shù)據(jù)48-49
• 4.4.4 影響熔融沉積式 3D打印噴頭打印精度的關(guān)鍵因素49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 5 熔融沉積式 3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)51-59
• 5.1 概述51
• 5.2 基于分析結(jié)果的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案51-54
• 5.2.1 噴頭部件整體布局的設(shè)計(jì)51-52
• 5.2.2 送絲導(dǎo)論機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)52-54
• 5.3 設(shè)計(jì)的噴頭與傳統(tǒng)的噴頭熱變形對(duì)比54-57
• 5.3.1 關(guān)鍵零部件熱變形數(shù)據(jù)對(duì)比54-56
• 5.3.2 設(shè)計(jì)的打印噴頭與打印實(shí)物展示56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 6 結(jié)論與展望59-61
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表文章65-66
• 致謝66

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10 楊冬U，

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