【摘 要】
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增材制造技术是于20世纪80年代后期出现的一种新型制造技术。其中,熔融沉积成型由于其操作简单,加工要求较低,成本廉价而常被运用到生活生产中。打印件的成型精度关系着其能否满足应用的要求,而如今许多FDM成型由于分层方法导致成型件表面出现阶梯效应,以及填充路径的影响导致成型件在底部边角处出现翘曲变形,致使成型件还不能满足一些应用需求,故本文的研究重点就是通过改进FDM成型的分层算法及路径规划方法来提高
【基金项目】
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浙江省科技计划项目,“三维打印工艺与过程控制技术”(编号:2017C01019);
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增材制造技术是于20世纪80年代后期出现的一种新型制造技术。其中,熔融沉积成型由于其操作简单,加工要求较低,成本廉价而常被运用到生活生产中。打印件的成型精度关系着其能否满足应用的要求,而如今许多FDM成型由于分层方法导致成型件表面出现阶梯效应,以及填充路径的影响导致成型件在底部边角处出现翘曲变形,致使成型件还不能满足一些应用需求,故本文的研究重点就是通过改进FDM成型的分层算法及路径规划方法来提高成型件的精度。论文的主要内容包括:(1)本文首先介绍了如今应用最为广泛的几种增材制造技术的原理及优缺点,重点说明了FDM技术的主要工艺参数以及近几年国内外增材制造技术的发展现状。(2)对现有的FDM分层算法进行对比介绍,分析了其中的自适应分层算法在一些模型上不能在全局上都适应的缺点,使用MATLAB对其进行改进。首先对任意模型进行一次预分层处理,来保证后续自适应分层的参数和边界,然后对模型局部超出允许分层范围的进行放缩优化,重新分层,最后实现了全局的自适应分层,并分析该分层算法在算法分层时间和平均Ra值同常用算法的改进效果。(3)对FDM的路径规划方法进行优化,对比常用的路径规划方法中的优缺点,结合轮廓偏置算法良好的边缘保持性以及Hilbert曲线的空间连续性的优点,又对FDM中翘曲变形的产生原理进行分析,通过优化填充路径的拐角处来改善填充过程中的冷却收缩,最终使用二次B-spline对Hilbert填充进行拟合优化,生成了最终的填充路径,并分析该路径在打印时间、翘曲变形以及电机停止次数上的优化。(4)通过实物打印实验验证分层算法与路径规划算法的可行性,将不同算法的打印样件效果进行检测对比。以长方体样件为例,使用本文的路径规划算法打印的样件与使用Hilbert曲线作为填充路径打印样件相比,平均最大翘曲量减少60.7%,打印效率提高了3.93%。以曲颈瓶样件为例,使用本文的分层算法打印的样件与使用传统分层算法打印的样件相比,样件的表面粗糙度提高了40%左右。
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