FDM支撐原理及支撐工藝研究.pdf

1、FDM3D打印機(jī)作為以噴頭擠出材料的3D打印機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)FDM3D打印機(jī)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(shí)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(shí)也造成了打印材料的浪費(fèi)。
　　國(guó)內(nèi)外研究一般以減少支撐結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)無(wú)支撐結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)自動(dòng)生成算法優(yōu)化研究，但很少?gòu)闹卧砗椭喂に嚱嵌乳_(kāi)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(guò)對(duì)FDM支撐原理及支撐工藝進(jìn)行分析，著重對(duì)與支撐結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的支撐臨界角進(jìn)行研究，主要工作如下:
　　(1)研究FDM3D打印機(jī)的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)，論述三自由度機(jī)械結(jié)構(gòu)FDM3D打印機(jī)在打印帶懸空特征模型時(shí)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(gè)方面減少支撐結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)無(wú)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(duì)提高有效支撐臨界角進(jìn)行研究。
　　(2)闡述了FDM3D打印機(jī)中的PLA相變粘結(jié)原理，進(jìn)行了PLA在打印過(guò)程中的熔融擠出和冷卻粘結(jié)相交分析，再通過(guò)PLA—噴頭簡(jiǎn)化模型的相變分析與實(shí)際打印參數(shù)對(duì)比的方法求出合理的進(jìn)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(jìn)行ANSYS熱—應(yīng)力分析，驗(yàn)證了通過(guò)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(shí)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(duì)比不同掃描路徑在打印外伸傾斜角時(shí)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(jìn)行不同傾斜角模型的熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，通過(guò)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(diǎn)位移和整個(gè)模型的變形，為支撐臨界角的測(cè)試實(shí)驗(yàn)提供參考。
　　(4)進(jìn)行FDM3D打印機(jī)有效支撐臨界角實(shí)驗(yàn)，研究對(duì)流系數(shù)對(duì)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(duì)流強(qiáng)度兩者的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)