FDM成型性能的影响因素分析及试验研究

摘要

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)工艺是快速成型制造技术中应用最为广泛的，但成型件的机械性能与质量仍制约着其在更多方面的应用。本文以理论分析为依据设计工艺试验，对影响熔融沉积成型制件机械性能的因素进行详细分析。　　论文首先对熔融沉积成型的基本原理、成型特点、成型材料等做出详细说明。然后分析了原理性误差、工艺性误差以及后处理误差的形成机理，并总结其影响规律，提出相应的解决策略，这为提高制件综合性能与优化成型工艺参数提供了理论基础和指导准则。　　针对熔融沉积成型的填充方式这一工艺参数设计实验，使用PLA(聚乳酸)热塑性丝材，通过分别改变填充密度、层高度以及填充路径构建若干组试验样件。对实验样件进行拉伸实验，整理实验数据，分析实验结果，比较不同填充密度、不同层高度以及不同填充路径下试件的抗拉性能及精度之间的差异。并结合对断口形貌的宏观分析与SEM图像进行分析，判断试件的断裂模式。其中，填充密度在90％时断裂伸长率骤减，较小的层高度会削弱试件的强度，横向填充路径下试件的力学性能较好。　　最后以熔融沉积成型零件的成型方向与成型角度为研究对象，使用ABS热塑像材料，分别在水平、垂直、竖直各个成型方向中的五个不同成型角度下构建实验样件。通过拉伸实验、弯曲实验与对断口的显微图像观测相结合的方法，分别对试件的抗拉极限强度、弹性模量、抗弯强度进行分析与比较，并分别测量各个试件的表面粗糙度值与尺寸，比较不同成型方向与成型角度下表面精度与尺寸精度差异，并结合对成型时间与成型材料的使用量的测量结果确定最佳成型方向与成型角度。其中，ZY方向下的成型件其断裂伸长率明显低于在YX、YZ方向下的成型件;YZ方向下试件的尺寸相对误差最小;试件H-0和V-0，具有较高的抗拉强度与弹性模量与抗弯强度，机械性能最好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 FDM成型基本原理

1．3 FDM成型特点

1．4 FDM成型材料

1．5 国内外研究现状

1．6 主要研究内容

1．7 研究目的和意义

第2章 FDM成型件综合性能的影响因素

2．1 引言

2．2 FDM成型零件可能出现的缺陷

2．2．1 表面缺陷

2．2．2 内部缺陷

2．3 FDM成型原理性误差分析

2．3．1 成型系统产生的误差

2．3．2 STL格式化产生的误差

2．3．3 模型分层离散产生的误差

2．4 FDM成型工艺性误差分析

2．4．1 材料收缩产生的误差

2．4．2 喷丝宽度产生的误差

2．4．3 填充速度和挤出速度的交互影响

2．4．4 成型温度的影响

2．4．5 填充方式的影响

2．4．6 成型方向与成型角度的影响

2．5 FDM成型后处理误差分析

2．6 本章小结

第3章 填充方式对试件综合性能的影响

3．1 引言

3．2 试验样件的制备

3．3 填充密度对试件综合性能的影响试验

3．3．1 试验方案

3．3．2 试验结果与分析

3．4 层高度对试件综合性能的影响试验

3．4．1 试验方案

3．4．2 试验结果与分析

3．5 填充路径对试件综合性能的影响试验

3．5．1 试验方案

3．5．2 试验结果与分析

3．6 本章小结

第4章 成型方向与成型角度对试件综合性能的影响

4．1 引言

4．2 成型方向对成型件综合性能的影响

4．2．1 试验方案

4．2．2 试验结果分析

4．3 成型角度对成型件综合性能的影响

4．3．1 试验方案

4．3．2 试验结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学位论文

致谢