基于FDM工藝的混色三維成型裝置設計與實驗研究.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)直接制造實體零件技術(shù)的總稱，被認為是近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體零件，具有設備輕巧、成

2、本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。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、無法實現(xiàn)彩色打印等，仍需要深入研究。為了實現(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理，從幾何學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)的設計提供理論支撐。
　　其次，在機械系統(tǒng)設計方面:

3、分析了傳統(tǒng)FDM工藝的XY-Z軸三維成型方式，為提高機器的靈活性以及運行速度，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械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)該結(jié)構(gòu)特點，將打印頭與擠絲機構(gòu)分離，降低了同步帶傳動負荷，減小了噴頭運動過程中的慣性，提高了打印精度。在控制系統(tǒng)設計方面:設計了主控單元、運動控制單元、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板進行了合理的布局、布線，在完成PCB板的制作后進行了功能調(diào)試，以保

4、證各單元穩(wěn)定運行。
　　最后，在仔細分析了FDM工藝制件精度的影響因素后，設計了特有的實驗樣品，以搭建好的混色三維成型裝置整機為實驗平臺，進行了正交實驗，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)組合下進行多個功能性實驗，實驗結(jié)果表明成型裝置各項指標和性能都已達到了設計目標。
　　本文所研究的基于FDM工藝的多色彩成型方法對于提升FDM工藝的實用性起著一定的促進作用，且在