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(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單，適合辦公室環(huán)境，制件強(qiáng)度好等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的外觀驗(yàn)證、裝配及功能測(cè)試，一直備受中小企業(yè)及教育機(jī)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(duì)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(duì)研發(fā)過(guò)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(diǎn)研究了擠出機(jī)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(guò)程控制等五個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　 材料擠出機(jī)構(gòu)是FDM的核心使能技術(shù)。作者首先對(duì)擠出機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(yīng)滯后（包括流涎）、擠出頭堵塞等關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了擠出機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠工

3、作，為后續(xù)工藝試驗(yàn)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(dòng)生成算法?；赟TL 文件數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)斜壁結(jié)構(gòu)支撐的自動(dòng)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(shí)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(guò)程趨于近似并

4、行，從而均勻了溫度場(chǎng)，減少了制件的翹曲變形量。同時(shí)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(yùn)行時(shí)機(jī)械振動(dòng)對(duì)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(diǎn)和添加節(jié)點(diǎn)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(duì)柵格及輪廓偏置混合路徑的起終點(diǎn)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(shí)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(dòng)態(tài)傳輸、三軸實(shí)時(shí)連續(xù)加工軌跡運(yùn)動(dòng)控制、送絲電機(jī)的開(kāi)關(guān)量控制和溫度的模擬量控制。
　　 針對(duì)擠出機(jī)構(gòu)起停響應(yīng)滯后的問(wèn)題，提出一種新的控制策略——迂回起停控制策略，將原來(lái)不可控的“點(diǎn)”問(wèn)題平均的分?jǐn)偟揭粭l“線段”上，與路徑起終點(diǎn)內(nèi)置優(yōu)化算法和空行程快速抬刀運(yùn)動(dòng)方法配合起來(lái)使用，基本上消除了由于擠出頭起停響應(yīng)滯后性而引起的制件外觀填充缺陷。
　　 通過(guò)本論文的系統(tǒng)研究，解決了熔絲沉積成形