三维打印制件精度分析、建模及实验研究

摘要

三维打印技术是目前快速成型中最具有生命力的技术，具有设备简单，材料便宜，材料类型广泛，工作过程中无污染等优点，该技术无需激光系统，使用成本很低且可靠性高，设备体积小，成形速度快，使其在快速制造领域应用很广泛。但三维打印技术也显露出了一些缺点，例如当前三维打印制件的精度较低，尤其表现在具有较大的尺寸误差和形貌误差，因此在对精度有较高要求的制造领域三维打印具有很大的局限性。为了提高三维打印制件的尺寸精度和轮廓精度，本文以ZP310三维打印机为实验平台，分析了影响三维打印制件精度的原因，建立了制件精度及其影响因素之间的关系模型，获得了提高制件精度的方法，进一步扩大了三维打印技术的应用领域。
　　对影响制件尺寸精度的因素进行了理论分析，然后通过实验进行验证。通过对使用ZP15E淀粉基复合粉末材料的制件的尺寸变化进行观察，得到X、Y、Z三个方向收缩率的变化趋势和变化范围。釆用中心复合法设计实验，研究层厚及饱和度等工艺参数对材料收缩率的影响。通过二次回归方程将获得的实验数据拟合出响应模型，分析响应曲面，获得最佳工艺参数组合。通过对影响尺寸精度的主要缺陷—翅曲变形的产生机理进行理论分析，得出凝结层的不均勻收缩是引起制件翘曲变形的根本原因，并且实验验证了减小翘曲变形的方法。
　　釆用石膏基粉末Zp130为材料打印不同参数下的长方体制件，使用三维轮廓仪测量制件的表面形貌，分析了放置位置、铺粉层厚以及饱和度等打印参数对制件表面微观形貌的影响，最后得到了最佳的打印参数组合及零件放置方位。并对粘结剂的渗出误差进行补偿，校准了三维制件的轮廓精度。通过实验比较了制造室中不同打印区域的零件轮廓精度的不同以及补偿前后轮廓精度的差距。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 快速成型技术的工作原理及分类

1.3 三维打印技术简介

1.4 三维打印技术的研究现状

1.5 结构安排

2.1 三维打印技术实验平台

2.2 三维打印制件的表面精度

2.3 三维打印制件精度影响参数

2.4 本章小结

3 三维打印制件尺寸精度分析与建模

3.1 粉末粒度对制件尺寸精度的影响

3.2 粉末和粘结剂相互作用对制件尺寸精度的影响

3.3 工艺参数对制件尺寸精度影响的实验分析

3.4 制件尺寸精度评估

3.5翘曲变形对尺寸精度的影响

3.6本章小结

4 三维打印制件轮廓的误差分析及补偿

4.1制件轮廓的主要影响因素分析

4.2实验安排

4.3三维打印制件轮廓的渗出补偿

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 三维打印技术工作展望

致谢

参考文献