FDM支撐原理及支撐工藝研究.pdf

1、FDM3D打印機作為以噴頭擠出材料的3D打印機的代表，其打印支撐結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性具有推廣性。基于現(xiàn)有的三自由度機械結(jié)構(gòu)FDM3D打印機和相應(yīng)的切片軟件，在打印具有大跨度結(jié)構(gòu)、外伸結(jié)構(gòu)等懸空特征的模型時有添加輔助支撐結(jié)構(gòu)的必要性，然而添加輔助支撐結(jié)構(gòu)在保證模型順利打印的同時也造成了打印材料的浪費。
　　國內(nèi)外研究一般以減少支撐結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)無支撐結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，進行支撐結(jié)構(gòu)自動生成算法優(yōu)化研究，但很少從支撐原理和支撐工藝角度開展研究。

2、>　　支撐原理和支撐工藝是支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。本文通過對FDM支撐原理及支撐工藝進行分析，著重對與支撐結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的支撐臨界角進行研究，主要工作如下:
　　(1)研究FDM3D打印機的原理和機械結(jié)構(gòu)，論述三自由度機械結(jié)構(gòu)FDM3D打印機在打印帶懸空特征模型時構(gòu)建輔助支撐結(jié)構(gòu)的必要性。確立了從三維建模優(yōu)化、切片軟件支撐結(jié)構(gòu)算法優(yōu)化和打印工藝優(yōu)化三個方面減少支撐結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)無支撐結(jié)構(gòu)的研究方法。本文從打印工藝角度，結(jié)合ANSYS熱結(jié)構(gòu)分

3、析，對提高有效支撐臨界角進行研究。
　　(2)闡述了FDM3D打印機中的PLA相變粘結(jié)原理，進行了PLA在打印過程中的熔融擠出和冷卻粘結(jié)相交分析，再通過PLA—噴頭簡化模型的相變分析與實際打印參數(shù)對比的方法求出合理的進絲速度、熔絲擠出速度和擠出絲寬，然后，構(gòu)建熔絲擠出截面粘結(jié)模型進行ANSYS熱—應(yīng)力分析，驗證了通過相變溫度區(qū)分有效粘結(jié)的可行性，并分析了影響有效粘結(jié)時間的主要因素。
　　(3)分析支撐傾斜角的原理和打印支撐傾

4、斜角的掃描路徑。對比不同掃描路徑在打印外伸傾斜角時的優(yōu)劣，選擇打印有效支撐臨界角的掃描路徑。使用APDL編程和生死單元進行不同傾斜角模型的熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，通過生死單元模擬掃描路徑分析不同傾斜角模型傾斜面上的節(jié)點位移和整個模型的變形，為支撐臨界角的測試實驗提供參考。
　　(4)進行FDM3D打印機有效支撐臨界角實驗，研究對流系數(shù)對支撐臨界角表面質(zhì)量的影響，論述支撐臨界角每層伸出結(jié)構(gòu)的冷卻粘結(jié)與打印速度和對流強度兩者的關(guān)系。通過實驗