【摘 要】
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熔融沉积成型技术FDM(Fused Deposition Modeling)是目前应用最广泛、技术最成熟的3D打印技术之一,广泛应用在教育、医疗和新材料制造等领域。但因其成型原理的限制,对某些具有悬臂、中空结构试件以及复杂自由曲面试件打印时,需要添加支撑结构才能完成成型,不仅浪费时间和材料,还会在拆除支撑后降低打印件表面质量。为了克服这些问题,本文基于FDM原理,提出了一种具有五自由度的3D打印装
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熔融沉积成型技术FDM(Fused Deposition Modeling)是目前应用最广泛、技术最成熟的3D打印技术之一,广泛应用在教育、医疗和新材料制造等领域。但因其成型原理的限制,对某些具有悬臂、中空结构试件以及复杂自由曲面试件打印时,需要添加支撑结构才能完成成型,不仅浪费时间和材料,还会在拆除支撑后降低打印件表面质量。为了克服这些问题,本文基于FDM原理,提出了一种具有五自由度的3D打印装置,旨在降耗减时的同时,提升打印试件的表面质量。本文对整个打印装置进行了整体的布局设计和试验样机搭建;分析了打印装置各个系统的功能,并对每个功能系统进行了具体的机械结构设计。3-P[2-SS]并联喷头机构在X、Y、Z轴三个方向平动,U-3-PUS并联打印平台机构围绕X、Y轴偏转运动,通过两组并联机构配合实现5个自由度运动,可以在减少支撑结构甚至去除支撑结构情况下,对有悬臂、中空结构的试件以及复杂自由曲面的试件的打印。本文对并联喷头机构、并联打印平台机构进行了自由度分析、运动学正逆解分析,建立了关于各并联结构的运动输入与输出关系的数学模型,为控制程序提供了设计依据。在此基础上,对U-3-PUS并联打印平台机构建立有限元模型,对结构进行了静力学分析,符合强度要求;对U-3-PUS并联打印平台机构建立多体动力学仿真模型,通过将特定的运动形式输入得到打印平台的角度运动学分析曲线,验证了并联机构的运动可行性。将模糊逻辑引入打印装置加热系统控制,建立打印机模糊自适应PID控制方法,提升了温度控制效率。从原理和特点出发提出了五自由度3D打印装置实现减支撑甚至去除支撑结构的思路方法。对五自由度3D打印装置联动减少支撑结构的具体方法给出了实例分析,最后,对多个角度的悬空结构试件进行打印试验,以验证在一定角度范围之内五自由度3D打印装置对于某些悬臂结构的减少支撑结构的效果。对具有代表性的中空结构进行了打印试验,验证了五自由度3D打印装置对某些中空结构的减少支撑结构效果。
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