基于FDM工藝的混色三維成型裝置設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、快速成型（Rapid Prototyping&Manufacturing，簡稱RPM）技術(shù)又稱增材制造（Additive Manufacturing，簡稱AM）技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是一類利用增材制造方法從CAD數(shù)據(jù)直接制造實(shí)體零件技術(shù)的總稱，被認(rèn)為是近30年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。熔融沉積制造（Fused Deposition Modeling，簡稱FDM）是通過使用具有熱塑性的絲狀材料逐層制造實(shí)體零件，具有設(shè)備輕巧、成

2、本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。但目前基于FDM工藝的快速成型技術(shù)仍有不少問題，比如打印速度較慢、精度較低、無法實(shí)現(xiàn)彩色打印等，仍需要深入研究。為了實(shí)現(xiàn)多彩色、高精度FDM三維打印，本文系統(tǒng)研究了混色三維成型工藝。
　　首先，研究了聚合物的混合機(jī)理，從幾何學(xué)角度分析了混合中的界面面積增長函數(shù)，得出界面初始取向以及混合過程中界面的調(diào)整會很大程度地影響混合效果，為混色三維成型裝置噴頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論支撐。
　　其次，在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面:

3、分析了傳統(tǒng)FDM工藝的XY-Z軸三維成型方式，為提高機(jī)器的靈活性以及運(yùn)行速度，引入三臂并聯(lián)結(jié)構(gòu)作為本文混色三維成型裝置的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將打印頭與擠絲機(jī)構(gòu)分離，降低了同步帶傳動負(fù)荷，減小了噴頭運(yùn)動過程中的慣性，提高了打印精度。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面:設(shè)計(jì)了主控單元、運(yùn)動控制單元、噴頭控制單元、USB數(shù)據(jù)傳輸單元，然后根據(jù)各個模塊的功能、元器件大小等因素對PCB板進(jìn)行了合理的布局、布線，在完成PCB板的制作后進(jìn)行了功能調(diào)試，以保

4、證各單元穩(wěn)定運(yùn)行。
　　最后，在仔細(xì)分析了FDM工藝制件精度的影響因素后，設(shè)計(jì)了特有的實(shí)驗(yàn)樣品，以搭建好的混色三維成型裝置整機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，研究不同參數(shù)組合下樣品中五個重要尺寸的變化，獲得整體尺寸最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。接著在最優(yōu)的工藝參數(shù)組合下進(jìn)行多個功能性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明成型裝置各項(xiàng)指標(biāo)和性能都已達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　本文所研究的基于FDM工藝的多色彩成型方法對于提升FDM工藝的實(shí)用性起著一定的促進(jìn)作用，且在