FDM成型過程有限元模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化研究
發(fā)布時間：2020-12-02 12:34
熔融沉積成型(FDM)技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的增材制造技術(shù)。由于其成型材料廣泛、成型設(shè)備價格低等優(yōu)點,已成為增材制造技術(shù)中一種非常有前景的工藝。但FDM工藝成型件精度較低,是制約著其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。因而,本文從FDM工藝成型件工藝參數(shù)為出發(fā)點,以期得到工藝參數(shù)對成型件精度的影響。首先介紹了FDM成型的基本原理、成型的工藝特點以及工藝過程,隨后分析總結(jié)了影響FDM成型過程精度的因素,主要有成型系統(tǒng)所導(dǎo)致的誤差、CAD模型轉(zhuǎn)化為STL標準格式所導(dǎo)致的誤差、材料收縮所引起的誤差和工藝參數(shù)所引起的誤差。其次,研究了FDM成型過程溫度場的有限元模擬。先利用APDL語言結(jié)合生死單元法建立了FDM成型過程溫度場分析模型,模擬得出了FDM成型過程某一時刻、不同時刻溫度場特征以及FDM成型過程不同節(jié)點溫度變化情況和不同填充路徑的溫度場分析,為FDM成型的工藝過程提供了一定的參考。再次,研究了FDM成型過程應(yīng)力應(yīng)變場的有限元模擬。將FDM成型過程中對溫度場分析的結(jié)果作為應(yīng)力應(yīng)變場有限元模擬分析的初始條件,從而得出了同一種掃描填充路徑下和不同掃描填充路徑下的應(yīng)力場分析結(jié)果以及不同掃描填充路徑下應(yīng)變場模...
【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
StratasysJ7503D打印機
其造型速度是原來的 5 倍。為了解決小型、復(fù)雜孔洞中的支撐很難去除的問題，該公司在 1999 年又開發(fā)出了水溶性支撐材料，并將之應(yīng) FDM-3000 上[8]。當前該公司的主要產(chǎn)品有：辦公室用的 FDM Vantage 系品以及在 Vantage 系列基礎(chǔ)上開發(fā)出的能夠應(yīng)用更多可成型材料的 FDitan 系列產(chǎn)品，另外還有成型空間更大且成型速度更快的 FDM Maxum 系列等。2016 年，該公司推出了 Stratasys J750 3D 打印機如圖 1-1 所示，賦予者更豐富的色彩及材料選擇——超過 360,000 種不同的色彩和多種材料，從剛性到柔性，從不透明到透明，應(yīng)有盡有。Makerbot 公司是 Stratasys 公司旗下的全球領(lǐng)先的生產(chǎn)桌面級 3D 打印機司，其旗下最新生產(chǎn)的 MakerBot Replicator mini+集成了所有 MakerBot 標模塊，包括機載攝像頭模塊，WiFi 模塊，USB 連接模塊等，相較于前akerBot Replicator mini 其打印速度提升了 10%，打印體積增加了 28%，最印成型件尺寸為 295m m 349m m 381mm,觀察和操控打印機只需要通過手裝 MakerBot Mobile 應(yīng)用軟件即可隨時控制和觀察打印機，產(chǎn)品如圖 1-2 。
圖 1-3 FDM 3D 打印機 P1552.2 FDM 成型設(shè)備國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前中國 3D 打印產(chǎn)業(yè)中 95%的企業(yè)都是做設(shè)備和材料的企業(yè)，雖然缺用和解決方案[9]，但在中共中央政治局常委、國務(wù)院總理李克強主持的國專題講座中指出，為推動中國制造由大變強，培育中國制造競爭新優(yōu)勢，經(jīng)濟中高速增長，邁向中高端水平，要加快發(fā)展先進制造與 3D 打印事業(yè)前國內(nèi)主要的進入應(yīng)用領(lǐng)域的品牌有：太爾時代的 UP Plus 2 是 UP 系列的準專業(yè)級型號，是世界上最受歡迎的級 3D 打印機，該機型成型尺寸為140m m 1 40m m 1 35mm,機型的打印精度到了 0.15mm,采用開放式的機身設(shè)計，方便使用，機體小巧因而不會占用的空間，且機身為全金屬結(jié)構(gòu)，配合高質(zhì)量的線性導(dǎo)軌，精度和可靠性均美工業(yè)機。UP Plus 2 具有平臺自動調(diào)節(jié)和自動設(shè)置噴頭高度的功能，使得機校準變得輕松簡單。確保了打印效果和可靠性。如圖 1-4 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于多物理場耦合的高溫FDM噴嘴熱—應(yīng)力仿真分析[J]. 胡鑌,胡萬里,史長春,陶孟侖,單斌,陳定方. 南昌工程學(xué)院學(xué)報. 2016(04)
[2]熔融沉積(FDM)3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 韓江,王益康,田曉青,江本赤,夏鏈. 制造技術(shù)與機床. 2016(06)
[3]3D打印的路徑規(guī)劃研究綜述[J]. 侯章浩,烏日開西·艾依提. 機床與液壓. 2016(05)
[4]遺傳算法原理在機械工程中的應(yīng)用[J]. 鄭旭浩. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2014(34)
[5]Material parameter modeling and solution technique using birth–death element for notched metallic panel repaired with bonded composite patch[J]. Tong Lei,Li Shiqiu,Xiong Junjiang. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(02)
[6]增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展[J]. 盧秉恒,李滌塵. 機械制造與自動化. 2013(04)
[7]增材制造:實現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造[J]. 李滌塵,賀健康,田小永,劉亞雄,張安峰,連芩,靳忠民,盧秉恒. 機械工程學(xué)報. 2013(06)
[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泥石流平均流速預(yù)測[J]. 徐黎明,王清,陳劍平,潘玉珍. 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2013(01)
[9]遺傳算法研究進展[J]. 馬永杰,云文霞. 計算機應(yīng)用研究. 2012(04)
[10]PLA熱性能參數(shù)的研究[J]. 張來,張文霞,蔡廣楠,付曉蓉. 塑料工業(yè). 2012(01)
博士論文
[1]熔融沉積成型有限元模擬與工藝優(yōu)化研究[D]. 紀良波.南昌大學(xué) 2011
碩士論文
[1]FDM成型性能的影響因素分析及試驗研究[D]. 孟陳力.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[2]基于ANSYS模擬的熔融沉積快速成型精度研究[D]. 戴岳.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2015
[3]FDM快速成型機溫度場及應(yīng)力場的數(shù)值模擬仿真[D]. 高金嶺.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]熔融沉積快速成型精度研究及其成型過程數(shù)值模擬[D]. 倪榮華.山東大學(xué) 2013
[5]遺傳算法的研究與應(yīng)用[D]. 王銀年.江南大學(xué) 2009
本文編號：2895317
【文章來源】：華北電力大學(xué)河北省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
StratasysJ7503D打印機
其造型速度是原來的 5 倍。為了解決小型、復(fù)雜孔洞中的支撐很難去除的問題，該公司在 1999 年又開發(fā)出了水溶性支撐材料，并將之應(yīng) FDM-3000 上[8]。當前該公司的主要產(chǎn)品有：辦公室用的 FDM Vantage 系品以及在 Vantage 系列基礎(chǔ)上開發(fā)出的能夠應(yīng)用更多可成型材料的 FDitan 系列產(chǎn)品，另外還有成型空間更大且成型速度更快的 FDM Maxum 系列等。2016 年，該公司推出了 Stratasys J750 3D 打印機如圖 1-1 所示，賦予者更豐富的色彩及材料選擇——超過 360,000 種不同的色彩和多種材料，從剛性到柔性，從不透明到透明，應(yīng)有盡有。Makerbot 公司是 Stratasys 公司旗下的全球領(lǐng)先的生產(chǎn)桌面級 3D 打印機司，其旗下最新生產(chǎn)的 MakerBot Replicator mini+集成了所有 MakerBot 標模塊，包括機載攝像頭模塊，WiFi 模塊，USB 連接模塊等，相較于前akerBot Replicator mini 其打印速度提升了 10%，打印體積增加了 28%，最印成型件尺寸為 295m m 349m m 381mm,觀察和操控打印機只需要通過手裝 MakerBot Mobile 應(yīng)用軟件即可隨時控制和觀察打印機，產(chǎn)品如圖 1-2 。
圖 1-3 FDM 3D 打印機 P1552.2 FDM 成型設(shè)備國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前中國 3D 打印產(chǎn)業(yè)中 95%的企業(yè)都是做設(shè)備和材料的企業(yè)，雖然缺用和解決方案[9]，但在中共中央政治局常委、國務(wù)院總理李克強主持的國專題講座中指出，為推動中國制造由大變強，培育中國制造競爭新優(yōu)勢，經(jīng)濟中高速增長，邁向中高端水平，要加快發(fā)展先進制造與 3D 打印事業(yè)前國內(nèi)主要的進入應(yīng)用領(lǐng)域的品牌有：太爾時代的 UP Plus 2 是 UP 系列的準專業(yè)級型號，是世界上最受歡迎的級 3D 打印機，該機型成型尺寸為140m m 1 40m m 1 35mm,機型的打印精度到了 0.15mm,采用開放式的機身設(shè)計，方便使用，機體小巧因而不會占用的空間，且機身為全金屬結(jié)構(gòu)，配合高質(zhì)量的線性導(dǎo)軌，精度和可靠性均美工業(yè)機。UP Plus 2 具有平臺自動調(diào)節(jié)和自動設(shè)置噴頭高度的功能，使得機校準變得輕松簡單。確保了打印效果和可靠性。如圖 1-4 所示。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于多物理場耦合的高溫FDM噴嘴熱—應(yīng)力仿真分析[J]. 胡鑌,胡萬里,史長春,陶孟侖,單斌,陳定方. 南昌工程學(xué)院學(xué)報. 2016(04)
[2]熔融沉積(FDM)3D打印工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 韓江,王益康,田曉青,江本赤,夏鏈. 制造技術(shù)與機床. 2016(06)
[3]3D打印的路徑規(guī)劃研究綜述[J]. 侯章浩,烏日開西·艾依提. 機床與液壓. 2016(05)
[4]遺傳算法原理在機械工程中的應(yīng)用[J]. 鄭旭浩. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2014(34)
[5]Material parameter modeling and solution technique using birth–death element for notched metallic panel repaired with bonded composite patch[J]. Tong Lei,Li Shiqiu,Xiong Junjiang. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(02)
[6]增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展[J]. 盧秉恒,李滌塵. 機械制造與自動化. 2013(04)
[7]增材制造:實現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造[J]. 李滌塵,賀健康,田小永,劉亞雄,張安峰,連芩,靳忠民,盧秉恒. 機械工程學(xué)報. 2013(06)
[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泥石流平均流速預(yù)測[J]. 徐黎明,王清,陳劍平,潘玉珍. 吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版). 2013(01)
[9]遺傳算法研究進展[J]. 馬永杰,云文霞. 計算機應(yīng)用研究. 2012(04)
[10]PLA熱性能參數(shù)的研究[J]. 張來,張文霞,蔡廣楠,付曉蓉. 塑料工業(yè). 2012(01)
博士論文
[1]熔融沉積成型有限元模擬與工藝優(yōu)化研究[D]. 紀良波.南昌大學(xué) 2011
碩士論文
[1]FDM成型性能的影響因素分析及試驗研究[D]. 孟陳力.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[2]基于ANSYS模擬的熔融沉積快速成型精度研究[D]. 戴岳.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 2015
[3]FDM快速成型機溫度場及應(yīng)力場的數(shù)值模擬仿真[D]. 高金嶺.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]熔融沉積快速成型精度研究及其成型過程數(shù)值模擬[D]. 倪榮華.山東大學(xué) 2013
[5]遺傳算法的研究與應(yīng)用[D]. 王銀年.江南大學(xué) 2009
本文編號：2895317
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