熔絲沉積成形若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、熔絲沉積成形（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）技術(shù)具有設(shè)備、材料和運行成本低，操作簡單，適合辦公室環(huán)境，制件強度好等一系列優(yōu)點，非常適合產(chǎn)品設(shè)計階段的外觀驗證、裝配及功能測試，一直備受中小企業(yè)及教育機構(gòu)的青睞。掃描填充的速度低和出絲的精度差是FDM與其他激光快速成形工藝最大的不同，F(xiàn)DM對工藝支撐及路徑的好壞體現(xiàn)得更加敏感。這使得工藝支撐及路徑的優(yōu)化工作變得尤為重要。
　　 本文是在作者參與研發(fā)HRP

2、F 熔絲沉積成形設(shè)備的基礎(chǔ)上成文的，針對研發(fā)過程中出現(xiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)難題，從設(shè)備穩(wěn)定性、成形效率和精度等角度入手，重點研究了擠出機構(gòu)、工藝支撐生成、掃描填充路徑生成、掃描填充路徑優(yōu)化、控制系統(tǒng)及工藝過程控制等五個方面的關(guān)鍵問題。
　　 材料擠出機構(gòu)是FDM的核心使能技術(shù)。作者首先對擠出機構(gòu)進行設(shè)計攻關(guān)，解決了出現(xiàn)的絲材失穩(wěn)、摩擦輪打滑、加熱方式、送絲入口溢流、起停響應滯后（包括流涎）、擠出頭堵塞等關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了擠出機構(gòu)穩(wěn)定可靠工

3、作，為后續(xù)工藝試驗及設(shè)備商品化創(chuàng)造了條件。
　　 研究熔絲沉積成形設(shè)備所需要的工藝支撐結(jié)構(gòu)，提出斜壁結(jié)構(gòu)工藝支撐的概念及自動生成算法。基于STL 文件數(shù)據(jù)，實現(xiàn)斜壁結(jié)構(gòu)支撐的自動添加。這種支撐結(jié)構(gòu)由于充分利用了支撐自身的自支撐能力，極大的減少了支撐的體積，從而節(jié)省了支撐材料，同時也提高了制件的成形效率。
　　 在熔絲沉積成形工藝的路徑規(guī)劃方面，提出一種并行柵格掃描填充路徑及其規(guī)劃算法。這種路徑使得層面的成形過程趨于近似并

4、行，從而均勻了溫度場，減少了制件的翹曲變形量。同時這種路徑還減少了路徑中小線段的數(shù)目，最大限度的降低了高速運行時機械振動對設(shè)備產(chǎn)生的影響。
　　 以提高制件表面成形質(zhì)量為目的，研究熔絲沉積成形工藝的路徑優(yōu)化算法，提出基于潛在起點和添加節(jié)點的路徑排序優(yōu)化算法、基于兩種不同合并原則的路徑合并優(yōu)化算法和針對柵格及輪廓偏置混合路徑的起終點內(nèi)置優(yōu)化算法。研究熔絲沉積成形設(shè)備所需要的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)基于PC+PLC模式的快速成形控制方案，完成

5、了加工所需海量數(shù)據(jù)的PLC 自由口通訊動態(tài)傳輸、三軸實時連續(xù)加工軌跡運動控制、送絲電機的開關(guān)量控制和溫度的模擬量控制。
　　 針對擠出機構(gòu)起停響應滯后的問題，提出一種新的控制策略——迂回起?？刂撇呗?，將原來不可控的“點”問題平均的分攤到一條“線段”上，與路徑起終點內(nèi)置優(yōu)化算法和空行程快速抬刀運動方法配合起來使用，基本上消除了由于擠出頭起停響應滯后性而引起的制件外觀填充缺陷。
　　 通過本論文的系統(tǒng)研究，解決了熔絲沉積成形