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

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

【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)雜性和市場需求適應(yīng)性成為未來應(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(以下簡稱噴頭)是3D增材打印技術(shù)中的關(guān)鍵部件,本文針對FDM-3D打印噴頭在打印過程中存在的熱結(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(nèi)熔化相變不穩(wěn)定引起堵絲等的原因,最后優(yōu)化設(shè)計噴頭結(jié)構(gòu),加工制造噴頭并做打印實驗,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和所需要研究的工藝參數(shù)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(zhì),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(jié)數(shù)據(jù)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(shè)計方案做出理論鋪墊。4)熔融沉積式3D打印噴頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。針對熔融沉積式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(guān)系研究以及噴頭結(jié)構(gòu)的影響,提出優(yōu)化設(shè)計方案;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算,并且重新設(shè)計了送絲導(dǎo)輪機構(gòu)。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(chǎn)品設(shè)計定型并做打印試驗,打印產(chǎn)品展示,根據(jù)打印試驗進一步優(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
【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(shù)的分類與技術(shù)特點12-13
• 1.2 國內(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(shù)據(jù)分析與總結(jié)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(shù)的設(shè)計35-37
• 3.4.2 噴頭噴絲過程中熱場與結(jié)構(gòu)場的耦合分析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)果提出順暢吐絲實現(xiàn)方案40-41
• 3.6 本章小結(jié)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(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驗44-45
• 4.3.1 實驗?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驗45
• 4.3.3 總結(jié)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)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(jié)構(gòu)整體的熱力學變形有限元分析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51-59
• 5.1 概述51
• 5.2 基于分析結(jié)果的優(yōu)化設(shè)計方案51-54
• 5.2.1 噴頭部件整體布局的設(shè)計51-52
• 5.2.2 送絲導(dǎo)論機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計52-54
• 5.3 設(shè)計的噴頭與傳統(tǒng)的噴頭熱變形對比54-57
• 5.3.1 關(guān)鍵零部件熱變形數(shù)據(jù)對比54-56
• 5.3.2 設(shè)計的打印噴頭與打印實物展示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61-65
• 攻讀學位期間發(fā)表文章65-66
• 致謝66

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4 陳建軍;段寶巖;;可靠性約束顯式化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J];西安電子科技大學學報;1993年03期

5 劉烈全;結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在機械工程中的應(yīng)用前景[J];機械工程;1983年01期

6 湯文成,易紅;工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的策略[J];計算機輔助設(shè)計與制造;1997年05期

7 陳銀良;;多單元結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2012年05期

9 劉建鑫;;小喇叭固定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J];科技創(chuàng)業(yè)家;2013年16期

10 詹順;;基于MATLAB語言的結(jié)構(gòu)重分析技術(shù)的應(yīng)用[J];工程地質(zhì)計算機應(yīng)用;2012年04期

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1 朱輝;劉洪全;;從5.12大地震看結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[A];河南省土木建筑學會2009年學術(shù)大會論文集[C];2009年

2 白新理;張多新;吳澤玉;楊開云;何偉;;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計課程教學內(nèi)容改革初探[A];力學與工程應(yīng)用（第十三卷）[C];2010年

3 陳國藩;;計算機輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的新動向[A];中國土木工程學會計算機應(yīng)用學會學術(shù)報告會論文集（4）[C];1989年

4 朱明程;劉西拉;;效益型結(jié)構(gòu)的雙目標優(yōu)化設(shè)計[A];第三屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（上）[C];1994年

5 王全鳳;;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計——過去、現(xiàn)在和未來[A];第四屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第一卷）[C];1996年

7 劉蓉華;;結(jié)構(gòu)的影響荷載法及其在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[A];第四屆全國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會論文集（上）[C];2013年

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1 易平;概率結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的高效算法研究[D];大連理工大學;2007年

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3 孟燕;鐵路智能運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[D];鐵道部科學研究院;2005年

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1 冀陸奇;基于綠色建筑的框—剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];長安大學;2015年

2 劉夢晗;內(nèi)燃機連桿的靜動態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];河北工程大學;2015年

3 吳華;某大跨度異形空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及風洞數(shù)值模擬研究[D];廣西大學;2015年

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5 張新生;玻璃鋼游艇結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計校核及優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)研究[D];江蘇科技大學;2015年

6 陳牡丹;某無人機復(fù)合材料V型尾翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];西安工程大學;2015年

8 劉濤;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的漸進方法及優(yōu)化設(shè)計的軟件實現(xiàn)[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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[D];廣東工業(yè)大學;2013年

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本文編號：1005534