FDM快速成型喷头熔融态进丝机理的研究

摘要

3D打印技术综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、机电技术和材料技术等多项高技术的优势，它是一种三维实体快速自由成型制造技术。熔融沉积快速成型技术(Fused Deposition Modeling Rapid Prototyping，FDM)是3D打印技术中广泛应用的一种快速自由成型制造技术，该技术以计算机三维设计模型为蓝本，利用数控成型系统和软件分层离散，使3D实体变为多个2D平面，将特殊热塑性材料在喷头内加热后挤出，材料在热板上一层一层堆积成型。3D打印喷头是熔融沉积快速成型技术的核心结构，喷头参数合理设置与否，直接决定成型件的精度质量。因此，作为熔融沉积快速成型重要的结构，对喷头进行研究具有重要意义。本文对喷头熔融态进丝机理进行研究，利用FLUENT流体仿真软件对成型材料在喷头内熔融过程进行流体仿真，最后对喷头参数进行数据处理与回归分析。
　　本文主要研究内容如下：
　　1．对熔融沉积快速成型技术进行简介，介绍了熔融沉积快速成型工艺过程和特点，综述了熔融沉积快速成型技术国内与国外研究现状，并简要分析熔融沉积快速成型技术存在的问题，提出解决方案，最后说明了课题研究的具体内容、目的和意义。
　　2．针对成型材料在喷腔内流体流动的实际情况，给出流体运动所需的控制方程；研究柱塞式喷头结构的工作原理，分析喷头主要工艺参数以及喷头顺畅挤丝应满足的基本条件。针对成型材料在喷头内发生熔融变化的过程，对喷头模型进行分区，并建立熔融段理论模型，从理论上证明研究的可行性。
　　3．对喷头熔丝过程中外部环境参数进行设计，对熔融沉积快速成型材料和喷头材料进行物性分析；建立喷头三维模型并进行网格划分，运用FLUENT流体仿真软件，对材料在喷头内熔化过程进行流场分析，从提高成型精度方面考虑，对喷头工艺参数进行分析，分析最优进丝速度值；并对不同喷头工艺参数下的温度场进行模拟分析。
　　4．对喷头重要工艺参数进行数据处理与回归分析，基于回归分析基础，对重要参数进行回归方程计算，并进行显著性检验；利用MATLAB软件，对喷头参数进行曲线拟合分析。

目录

声明

1 引言

1.1 研究背景

1.2熔融沉积快速成型技术简介

1.3 影响熔融成型质量的因素分析

1.4 3D打印技术国内与国外研究现状

1.5熔融沉积快速成型技术存在的问题和解决方案

1.6课题研究的内容、目的与意义

1.7本章总结

2 熔融沉积快速成型喷头熔融模型的建立与流场理论分析

2.1材料熔融过程中流体分析基础

2.2喷头内流体流动控制方程

2.3 3D打印设备分析

2.4理论模型的建立

2.5本章总结

3 FDM成型材料熔融过程的数值模拟

3.1熔融沉积过程中喷头结构设计

3.2成型材料与喷头材料物性分析

3.3 流场模型的建立

3.4材料预热分析

3.5不同进丝速度下的流场分析

3.6不同喷头参数下流场分析

3.7 本章总结

4 3D打印喷头参数数据处理和回归分析

4.1送丝速度与挤出温度关系分析

4.2多元线性回归分析基础

4.3多项式回归分析基础

4.4进丝速度与挤出温度小区间数据多项式回归分析

4.5 MATLAB拟合分析

4.6本章总结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢