基于FDM工艺的工业级3D打印设备关键技术研究

摘要

随着中国制造2025战略计划的提出，传统制造业面临着设备升级与改造的难题。3D 打印作为新一代信息技术与制造装备集成的“增材制造”技术，已在打印速度、成型精度和可靠性等方面取得了突破性进展，广泛应用到医疗、汽车、航天和船舶等领域。熔融沉积工艺(FDM)3D打印采用“分层打印，逐层叠加”的方式制造零件,相较于传统制造方式有着速度快、成型零件复杂、应用材料广泛等特点。国内FDM工艺的3D打印设备多为桌面级，打印工件尺寸较小、成型速度慢、工作环境温度变化大、成型精度低、匹配的上位机软件相对较少。　　设计了一款基于FDM工艺的工业级3D打印设备，具有成型工件尺寸大、打印速度快、工作环境温度稳定、成型精度高等特点且配有自行开发的上位机软件。　　利用ANSYS对三种框架结构进行了强度与刚度校核，确定了最优框架方案，为保证三轴运动精度采用丝杠为主要传动形式，对烘箱、喷头、送丝料盒及喷头清洗等子系统进行了设计。　　利用 Fluent 对烘箱内部流场和温度场进行了耦合仿真，分析了烘箱内部流场与温度场分布规律，研究了温度与速度等性能评价指标随进风口角度、出风口角度、加热管直径以及风机压力变化的规律，确定了烘箱设计参数的最优组合，通过仿真与实验对比，验证了耦合仿真模型的正确性。　　对两种喷头结构进行了模态分析，根据仿真得到的固有频率及相关振型分析了喷头振动敏感区域，确定了喷头结构最优方案。对喷头结构进行了谐响应分析，确定了喷头在激励频率下的动态幅频特性曲线。通过模态实验验证了仿真的正确性。　　基于C#语言搭建了上位机软件的架构，分析了相关类与控件的调用方式。开发了上位机软件，其功能包括实时同步打印显示、设备状态反馈、日志、打印终端等，所开发的新界面外观简洁，操作方便。

目录

第一个书签之前