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  • 【论文】 基于FDM技术的混色3D打印机喷头研究

    作者:陆亮亮 关键词:3D打印 ; FDM ; 混色喷头 ; 热力耦合 ; 优化设计 机构:杭州电子科技大学 ; 杭州电子科技大学 年份:2018
    摘要:为实现混色3D打印,解决打印过程中喷头结构和材料不合理、混色质量不高、打印精度差、喷头易堵塞等问题,分别对分支式和一体式三进一出混色喷头进行了对比分析研究。通过Solid Works三维建模软件,对混色喷头进行精细的三维建模,在Ansys有限元分析软件中,对混色喷头进行温度场和应力场仿真求解。对比求解结果,指出了该混色喷头的设计缺陷,然后对喷头进行优化设计,再次通过有限元分析验证了优化设计的合理性。最终进行打印试验,验证两款喷头的打印质量以及打印稳定性。本文以两种多挤出机单喷头作为研究对象,主要研究内容如下:1.分支式和一体式混色喷头模型的设计。使用三维建模软件设计了两种喷头模型,分支式喷头主要部件包括:散热器、喉管、加热管、热敏电阻、喷嘴,散热器为圆柱形片式,加热管放置于喷嘴中心位置,能够对喷嘴均匀加热。一体式喷头的主要部件相对分支式喷头增加了加热块,散热器则用了扇形散热器,提高散热效率;喉管采用钢制材料,以防止PLA膨胀或融化阻塞喷头;加热管对称放置,能够均匀加热。加热块中有材料混合腔有利于材料液体的混合。2.有限元热力耦合分析。对分支式和一体式喷头分别导入到有限元分析软件,再分别进行网格划分与优化。网格质量的好坏对有限元分析的结果影响很大,因此对比几种网格划分质量,分支式和一体式喷头都使用四面体主导划分网格。使用瞬态温度分析系统与结构静力学分析系统结合,把前者的求解结果作为后者的输入参数,对喷头进行热力耦合分析,根据求解结果找出两种喷头的优缺点,进行优化设计。分支式喷头结构设计较为合理,加热以及散热性能良好,但是熔融流道没有混合腔,不同色彩的耗材无法混合,导致混色打印效果不好。一体式喷头的结构设计较为复杂,熔融流道呈L型设计不太合理,喷头容易堵塞,但是它具有一定大小的混合腔,有利于耗材的混合,从而有利于提高混色打印效果。3.根据有限元求解结果,对两种混色喷头进行优化设计。针对分支式喷头设计一个混合腔室,使得耗材充分混合,提升混色打印效果。由于散热器设计不够合理,散热效果不够理想,因此改进散热器为一致直径。加热管露出喷嘴导致外部温度很高,一方面不利于热量的充分利用,另一方面也不利于散热,故缩小加热管尺寸。然后由于一体式加热块中流道呈现L型,不利于丝材进入,温度降低时易造成堵塞,故改进流道造型。热敏电阻温度比加热块的温度略低,不能反映整个加热块以及流道的温度分布,故将热敏电阻从加热块的圆柱侧面位置移至加热块上表面的中心位置。喉管与散热器接触的豁口位置温度依然较高,丝材经过此豁口易受热膨胀造成堵塞,故将喉管的豁口去除。对两款喷头的形变分析,由于温度的差异对喷头的形变的影响只有层厚的一半,对打印效果影响不大。4.通过对改进后的喷头进行有限元热力耦合分析,以及使用两种喷头进行打印试验验证优化的合理性。两种喷头的不足基本已经解决。使用改进后的混色喷头进行打印试验,均对混色打印的效果以及质量有所提升。本文主要对两种多挤出机单喷头打印进行了热力耦合场对比分析研究,对比求解结果,对其不足进行优化设计。基本解决打印过程中的喷头结构不合理、混色质量不高、打印精度差、喷头易堵塞等问题。本研究结果对基于FDM技术的混色3D打印机的喷头设计具有重要的参考价值。
  • 【期刊】 一种五轴3D打印机的设计与研究

    刊名:福建电脑 作者:成果 ; 荣佳诚 关键词:3D打印机 ; 五轴 ; 结构设计 ; 快速成型 机构:苏州科技大学机械工程学院 ; 苏州科技大学机械工程学院 年份:2018
    摘要:基于面向家庭和高校教育需要, 设计了一种桌面型五轴 3D打印机.针对传统 3D 打印机所存在的支撑过多, 打印表面粗糙, 后处理复杂等问题, 提出了一种五轴 3D 打印机的设计, 并进行五轴 3D 打印机的方案论证、 打印机整体结构计算、 传动方式的选择及传动失效分析、 挤出结构设计和运动底盘设计.对后期该种五轴 3D打印机的制作与安装起到了重要的理论指导作用.
  • 【期刊】 双头多色3D打印机的研究与设计

    刊名:技术与市场 作者:张华 ; 赵雷 关键词:双喷头 ; 多色 ; 3D打印机 机构:[1]重庆机电职业技术学院 ; [1]重庆机电职业技术学院 年份:2018
    摘要:设计了一种外形小巧、耗材成本低,适用于家庭、设计室、学校、小型企业的高精度双头多色3D打印机。独有的大尺寸工作台可搭载双喷头,不仅可以同时打印2个模型,而且还可多色打印,双喷头可分别打印模型的本体和支撑结构,较好的解决了单喷头机型无法打印悬空结构的问题。
  • 【论文】 新型FDM粒料3D打印机研发及应用研究

    作者:徐常有 关键词:大型3D打印设备 ; 熔体微分 ; 成型工艺 机构:北京化工大学 ; 北京化工大学 年份:2018
    摘要:3D打印对制造技术改变是革命性的,它不仅把大型制造业的流水线集于一台小型设备,同时也变革着制造业的生产方式和制造理念,这种变化必然会影响我们的生活。但对3D打印来说,材料和设备是限制其发展的两个重要因素。针对这些限制,基于高分子材料先进制造技术“微积分”的思想,设计了熔体微分三维成型设备,该设备采用“先熔化后建压挤出”螺杆推动的送料方式。结合以往设备的不足以及FDM(熔融沉积成型)三维成型的要求,设计研发了成型尺寸为2m*2m*1.5m的新型FDM粒料三维成型设备,进行了一系列的成型工艺实验探索,具体工作如下:1、新型FDM粒料三维成型设备的研发与制造。该装置熔融建压单元利用螺杆输送建压,喷头处采用熔体计量泵精确控制挤出量;采用平台固定、喷头部分移动的方式三维成型,节省了大量空间;同时将三维成型系统、压力回路控制系统、熔融塑化输送系统的控制部分集约成一个系统,提高了系统的稳定性、简化操作、减少对人工的依赖性。2、新型FDM粒料3D打印材料可打印性的研究。该设备可适用的材料范围非常广泛,为了建立该设备完整的工艺体系,本文结合材料本身的特性和FDM三维成型的要求,提出了 5个指标的评价体系,分别是熔融温度、流动性、出丝连续性、出丝收缩性、层粘性,满足这5个指标的可塑性材料即可利用该设备进行3D成型。然后分别通过单一聚合物、PLA/TPU共混物、陶瓷基复合材料三种类型的物料介绍了该评价体系。该评价体系不仅可以判断材料是否适合通过该设备进行3D成型,还可以通过该评价体系对材料进行针对性改性,使其适用于该设备,对FDM类型3D打印材料的发展有指导意义。3、按照该设备的三维成型工序,以PLA/TPU为研究材料进行了工艺参数的研究。首先根据材料的特性初步选择熔融塑化温度和成型温度,然后根据需要的流量和出丝直径选择合适的喷嘴直径、成型温度、螺杆转速、压力范围、熔体泵转速等参数;通过简单形状打印,根据精度要求和材料特性选择合适的层高、打印速度匹配流量与出丝直径;最后打印复杂的结构,通过性能检测分析材料的各种性能是否符合要求。4、基于FDM粒料3D打印成型设备,以PLA-PP-PW-SA为粘结剂制备了氧化铝陶瓷复合材料,探究了在喷嘴直径一定的情况下,质量流量与螺杆塑化温度和成型温度、容腔压力、螺杆转速的变化规律,并探究了不同层高下的打印效果。实验结果表明,在喷头直径为0.4mm条件下,螺杆塑化温度为160℃,成型温度为175℃,螺杆转速为0.3-0.8r/min,容腔内压力在0.2-1.0MPA,层高为0.2的工艺参数下能够打印出较为理想的陶瓷粗坯。5、聚乳酸基复合材料4D成型的研究。本文以PLA/TPU/CNTs为研究对象,通过工业级FDM粒料三维成型设备制备样品,研究了该材料第4D—形状记忆效应的变化。实验结果表明:在玻璃转化温度Tg附近,温度越高形状回复率越大,回复所用时间越短;CNTs会抑制形状回复,在水浴条件下,CNTS含量越高,回复率越低,在电场条件下,回复率受到CNTs的双重影响,无明显规律;该复合材料对两次形变之前的形状也有很好的记忆效应,同时对弯曲、扭曲、折叠、拉伸也有很好的记忆效应。
  • 【论文】 FDM型3D打印机用PLA线材激光熔接机设计

    作者:李勇兴 关键词:PLA ; 激光透射焊接 ; 有限元分析 ; 熔接机 机构:西京学院 ; 西京学院 年份:2019
    摘要:FDM型3D打印是一种快速成型制造技术,由于其成型速度快、成本低、成型过程无污染,适合办公环境使用等优点,已被广泛地应用于工业制造的各个领域。本文针对FDM型3D打印机在打印过程出现的线材接续问题,以PLA线材为例,研发了一台线材激光熔接机,该装置适用于材料种类和颜色相同或相近,同径线材的焊接,以满足快速成型的需要。首先,针对线材熔接所存在的对接装夹技术难点,提出了采用玻璃半轴装配来保证对接接头定位精度的方法,同时采用ANSYS软件对线材激光焊接的温度场进行有限元分析,获取了接头对接定位参数与激光焊接设计参数。然后,根据非接触式激光透射焊接原理,提出了熔接机的总体设计方案,通过对熔接机的功能分析,确定了夹具子系统、进给子系统、光路子系统、控制子系统和机架子系统等5个子系统,并最终确定熔接机的基本设计参数。在上述研究的基础上,对夹具子系统、进给子系统、机架子系统部分进行结构的详细设计,提出了光路子系统和控制子系统的设计方案,完成了激光发生器、单片机开发板、红外测温传感器、触摸屏等关键元器件的选型。最后,运用PLA线材激光熔接原理样机进行正交试验,结果表明焊接时间是影响PLA线材焊接强度的第一因素,其次是焊接功率,同时验证了激光熔接是一种可行的、效果较为理想的PLA塑料线材焊接方法。
  • 【论文】 3D打印机等层厚切片算法研究及软件实现

    作者:田明海 关键词:3D打印机 ; STL ; 切片算法 ; 填充算法 机构:沈阳工业大学 ; 沈阳工业大学 年份:2016
    摘要:3D打印机采用分层累积成型技术打印三维模型。目前,3D打印机已被广泛的应用于政府、国防、教育业、制造业、医疗设备等领域,并且成为重要的研究课题。在打印模型前,首先需要使用3D打印机切片软件将三维模型文件转化为层片格式,然后将转化后的文件输入到3D打印机。在整个过程中,3D打印机切片软件的好坏对3D打印机打印三维模型所需的时间和打印模型的精度起着至关重要的影响。本文的研究目标是将三维模型文件转化为层片格式供3D打印机使用,需要重点解决的问题包括模型冗余数据的去除、模型的切片、轮廓环的填充。为了去除模型中的冗余数据,首先需要将模型数据输入到标准模板库的SET容器中,然后利用SET容器中元素的唯一性实现冗余数据的去除。为了对模型进行切片,即转化三维模型文件为层片格式,需要使用分层切片算法,在研究和分析了几类常见的分层切片算法的基础上,提出以边为运算单元的切片算法,该算法使用二维数组结构存储层片信息中的边信息,使用链表结构存储层片信息中边的邻接拓扑关系,该算法的特点是利用模型中边之间的几何连续性,计算每个层片中的边信息,并且重复使用保存在链表结构中的已计算出的边之间的邻接拓扑关系,最后生成轮廓环,该过程有效的减少了对模型切片工作的运算量。为了填充轮廓环,采用扫描线填充算法,生成层片格式的三维模型信息。使用若干组三维模型对本文算法和用本文算法实现的3D打印机切片软件进行实验。实验结果表明,本文算法能够有效的对三维模型进行切片,用本文算法实现的3D打印机切片软件基本上实现了切片三维模型功能,用多视角观看三维模型信息、三维模型的切片信息以及模型中轮廓环填充物的信息等功能。该软件使用方便,能够满足日常使用3D打印机的实际需求。
  • 【期刊】 一种并联式3D打印机的设计与制造

    刊名:科技通报 作者:周培 ; 黄天宇 关键词:3D打印机 ; 并联机器人 ; 3D printer 机构:南航金城学院 ; 南航金城学院 年份:2017
    摘要:研究并联式3D打印机的结构设计.传统的3D打印机通过XYZ三轴导轨的运动,控制打印头将打印材料层叠起来形成空间模型;并联式3D打印机采用Delta并联机器人结构,由三根并联臂带动动平台,最终实现打印机喷头输出三个移动自由度.对并联式3D打印机的工作空间进行了理论建模,在adams下对其运动进行了仿真,对打印机的电气控制部分进行了设计.通过制造样机进行实验,验证了理论分析,并得出结论.并联式3D打印机具有更高的打印速度和精度,对零件的批量生产具有重要的意义.
  • 【论文】 FDM型3D打印机混联式执行机构的设计与研究

    作者:李荣 关键词:3D打印机 ; FDM ; 混联 ; 构型设计 ; 仿真 机构:广西大学 ; 广西大学 年份:2018
    摘要:执行机构是FDM型3D打印机的核心运动部件,是影响打印质量的关键因素之一。但是,目前FDM型3D打印机普遍采用具有3个移动自由度的解耦机构或基于Delta构型的并联机构作为执行机构,存在打印姿态单一,影响打印产品的表面精度与力学性能等问题。由此,有必要设计新型的FDM型3D打印机执行机构来改善上述问题。以实现打印姿态多样化,可沿不同方向进行分层打印。本文设计了一种具有5自由度的FDM型3D打印机混联式执行机构,对其运动学、运动性能、尺度综合及虚拟样机仿真等进行研究。具体工作内容如下:首先,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行构型设计。根据并联机构的期望自由度,采用基于螺旋理论的约束综合法综合运动支链类型,再经过支链筛选与组装得到2UPU-SPR并联机构。并在2UPU-SPR并联机构动平台上串接2-DOF串联打印喷头,构成5自由度FDM型3D打印机混联式执行机构。其次,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行运动学分析。包括对2UPU-SPR并联机构、2-DOF串联打印喷头和混联式执行机构整体进行位置正逆解分析;采用螺旋理论建立2UPU-SPR并联机构的完整雅可比矩阵,并进行速度分析。然后,对2UPU-SPR并联机构进行运动性能分析与尺度综合。根据位置逆解数学模型,利用极坐标搜索法得到2UPU-SPR并联机构工作空间边界范围;并分析结构尺寸参数对工作空间和全域条件数的影响关系。以工作空间与全域条件数为目标进行尺度综合,得到最优结构尺寸参数。结果表明,工作空间体积增加10.1%,全域条件数提高13.3%。最后,建立FDM型3D打印机混联式执行机构的虚拟样机模型,进行2UPU-SPR并联机构运动仿真分析,验证了速度理论分析的正确性;进行在倾斜平面上3D打印轨迹仿真分析,验证了该执行机构的可行性,为后续控制系统设计提供依据。本文设计的FDM型3D打印机混联式执行机构既可实现以不同的打印姿态,沿不同方向进行分层打印,又具有良好的运动性能。为该类3D打印机执行机构设计与工程应用提供理论参考。
  • 【论文】 基于FDM技术的双喷头3D打印机关键技术研究

    作者:孙君雨 关键词:FDM ; 双喷头 ; 3D打印机 ; 仿真分析 ; 嵌入式系统 机构:武汉理工大学 ; 武汉理工大学 年份:2016
    摘要:3D打印技术也被称为增材制造(AM)技术,是近三十年来发展起来的先进制造技术之一。熔融沉积(FDM)技术是3D打印技术中发展最快的技术种类之一,基于FDM技术开发的3D打印机具有成本低、设备轻便、工作环境要求低等特点,但也存在着系统工作稳定性差、打印精度低以及支撑后处理困难等不足,严重影响了基于FDM技术的3D打印机市场发展与推广。本文对FDM技术展开研究,设计了一款基于FDM技术的3D打印机,提出双喷头结构,改善现有不足。双喷头3D打印机的研发主要包括机械系统与控制系统两个部分,本文主要研究工作针对双喷头结构与双喷头控制系统展开,具体完成工作如下:(1)根据双喷头工作原理,确定了3D打印机双喷头结构方案,设计了活塞式喷头挤出结构及模型并对单喷头整体结构进行了温度场仿真分析,在单喷头基础上设计了双喷头结构总成,并基于简化后的双喷头模型进行了双喷头热影响仿真分析与实际工作温度场仿真分析,验证了设计方案的准确性和可行性。(2)根据双喷头3D打印机所需控制单元,设计了基于ARM的嵌入式控制系统方案,通过论述确定双喷头采用交替工作的控制方法,并改进了双喷头协调规划路径,基于控制单元对系统硬件电路进行了模块化单元电路设计,为实现双喷头协调控制进行了底层控制系统的顺序设计,并详细说明了控制底层关系与各个控制功能的具体实现,完成了3D打印控制系统的设计与研究。(3)在完成实验准备与双喷头切片设置后,进行了双喷头3D打印机打印尺寸精度测试,双色打印测试以及复杂模型打印测试三组实际打印测试,得到的精度测试结果与支撑去除效果较为理想,验证了双喷头3D打印机结构与系统工作的稳定性。通过对基于FDM技术的3D打印机的研究进而设计的双喷头3D打印机改善了系统工作的稳定性与打印精度,解决了支撑后处理困难等问题,达到了项目的设计要求,为开发高稳定性、高精度、低成本的桌面型多喷头3D打印机提供了依据与参考,具有较高的实际运用价值。
  • 【论文】 FDM铋锡合金3D打印机结构设计及优化研究

    作者:王兴迪 关键词:FDM ; 铋锡合金 ; 有限元分析 ; 结构设计 ; 3D打印 机构:西京学院 ; 西京学院 年份:2017
    摘要:随着我国的工业制造业的不断发展与进步,3D打印技术也得到了快速发展,同时针对3D打印机的研究与开发也成为各大高校和企业的重点研究项目。在目前研发的各类3D打印机中,以ABS、PLA作为材料的FDM技术设备发展已比较成熟,但是使用Bi-Sn合金作为打印材料的FDM设备尚未得到充分的研究。本文以企业实践项目为基础,在西京学院研究生创新基金的资助下,基于FDM技术,设计研发一种适用于Bi-Sn低熔点合金的3D打印机。本文主要针对FDM铋锡合金3D打印机的机械系统结构设计和优化进行全面的研究与开发。首先,通过国内外FDM设备机构上的比较分析,以及结合Bi-Sn低熔点合金的材料性能,提出一套完整的结构设计方案,利用三维建模软件CREO对结构设计方案中的各主要零部件进行参数化设计和虚拟装配,得到3D打印机的整机虚拟模型。然后,利用ANSYS有限元分析软件分别对机架进行结构静力学分析和整机的模态分析验证打印机几何结构的强度、刚度和稳定性等;喷头挤出结构的热分析验证结构的传热性能;当机械系统的各项性能指标均满足设计需求后,对机架结构进行轻量化的优化分析。
  • 【期刊】 双头多色3D打印机的研究与设计

    刊名:技术与市场 作者:张华;赵雷; 关键词:双喷头;;多色;;3D打印机 机构:重庆机电职业技术学院 ; 重庆机电职业技术学院 年份:2018
    摘要:设计了一种外形小巧、耗材成本低,适用于家庭、设计室、学校、小型企业的高精度双头多色3D打印机。独有的大尺寸工作台可搭载双喷头,不仅可以同时打印2个模型,而且还可多色打印,双喷头可分别打印模型的本体和支撑结构,较好的解决了单喷头机型无法打印悬空结构的问题。
  • 【论文】 微液滴喷射的3D打印机系统设计与研究

    作者:张琳琳 关键词:3D打印 ; 微液滴喷射 ; 压电喷头 ; 温度控制 ; 模糊PID 机构:东北大学 ; 东北大学 年份:2015
    摘要:3D打印技术起源于20世纪90年代中期,是目前应用较为广泛的快速成型技术,它具备成本低、设施体积小、系统可靠性高、成型速度快等优点,具有巨大的应用潜能和市场前景。随着科学技术的发展,现如今3D打印技术已经不仅仅应用于传统的制造业。微液滴喷射技术起源于3DP(Three-Dimensional Printing)技术,使用粘结剂将粉末材料粘结起来,是近年来发展较快的快速成形新技术的一种,主要应用于生物医学工程、微型机电制造、高分子材料制备、生物芯片等领域。它采用微型喷射头,能喷射体积较小的液滴从而实现精密制造。智能材料的研究是十分具有发展前景的领域,随着3D打印技术的发展,研究人员也越来越多的将3D打印技术应用到智能材料的制备中去,以求得到形状复杂、性能更优的智能材料。本文将3D打印、微滴喷射技术和智能材料IPMC(Ion-exchange polymer membrane metal composite)的制备联合在一起,研究适用于IPMC基膜打印的3D打印系统,原材料为Nafion溶液。首先,论文对3D打印技术及国内外研究进展进行详细介绍,介绍了微液滴喷射技术及其研究进展,并对本课题的研究意义以及主要研究内容进行了介绍;其次,确定了系统的总体设计方案,主要包括机械系统、硬件系统和软件系统的设计方案;研究了压电喷头的工作原理及压电喷射理论,并分别在MATLAB和ANSYS里分析给定驱动电压下的喷射速度;然后,针对3D打印机的成型工作平台进行数学建模,在MATLAB/Simulink中进行仿真计算并比较了普通PID控制和模糊PID控制的结果,接着对工作平台内热敏电阻的温度/阻值关系进行标定,搭建半实物仿真实验平台;设计供液系统,结合微液滴压电式喷头和压电陶瓷驱动电源,完成微液滴喷射供液模块的设计。
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