通过对3D打印技术中目前主流的路径规划方式的研究的基础上,提出了基于层轮廓特征的路径规划方法,即对同一三维模型分层处理后针对不同层截面轮廓特征采用不同的路径规划.运用G代码仿真和3D打印实验验证方法,得到如下结论采用Hilbert曲线路径规划可提高制件的打印精度;采用三角形分形路径规划可提高制件的打印效率;采用并行栅格路径规划、普通蜂巢路径规划在充盈度、饱满度比较差的截面上可提高成型质量.经过实验数据分析,所选用的路径规划提高了打印精度与打印效率,对熔融沉积成型合理选用路径规划具有借鉴意义.

熔融沉积成型一般以热塑性材料为打印原料,由熔融状态下的熔丝堆积冷却成特定形状。然而熔丝的有效堆积是以下方存在实体模型为基础的,因此需要对熔丝堆积过程中悬空的部分添加支撑结构。首先分析了基于面片倾角的待支撑区域选择方法;然后在切片轮廓的基础上,利用切片分组的思想将三维布尔运算简化处理,降低算法复杂程度,设计了一种新的树状支撑生成算法;根据试验分析支撑参数并封装于算法之中,利用树状支撑算法与其它两种算法进行比较,试验结果表明该算法能有效对悬空区域进行支撑并节省了打印材料和打印时间。

对于环境温度不变的FDM成型机,成型机热源是保证精度的重要因素。通过ANSYS模拟仿真软件生死单元技术对成型机热源参数影响的成型件进行模拟,针对热床及喷头温度这两个重要热源进行热分析及热结构耦合单因素分析,得出成型件层间温度差及层间应力,选出合理参数水平。对热源进行二因素四水平耦合实验,实验时首先对桌面3D打印机根据实验要求进行改造,以保证实验时满足实验条件需要,根据模拟得出的参数进行实验,通过三坐标测量仪测量实验件得出结果,并利用响应曲面法进行分析,选出最优组合,对成型时成型机热源参数的选择提供了依据。

3-P-2[SS]机构FDM-3D打印机结构复杂,由于零部件加工和装配造成的结构误差,依靠三角函数解算动平台位置运动参数难以保证定位精度。通过对机构模型的逆运动学分析,推导了运动副垂直滑动计算公式,提出了一种动平台垂直误差补偿方法,对动平台在构建平台上运行区域进行了分析仿真,利用反距离加权插值算法,基于初始基准层打印高度采样,在机构运动约束条件下推导出动平台垂直精度补偿公式,通过实验验证了参数优化后设备成型过程中的定位精度获得很大提高,打印各厚度实验件的成型尺寸误差控制在±0.03mm以内,有效提高了成型件成型精度。

熔融沉积成型加工制件形状通常较为复杂,一般包含大倾角或悬空区域,机床直接打印会出现塌陷变形,影响制件加工质量,因此需准确识别模型薄弱区域并为其添加支撑结构。依据面片倾角筛选危险三角面片,采用种子扩散法建立独立的支撑区域,在支撑区域内自适应散布支撑点;通过切片轮廓信息简化支撑路径的生成算法,自适应选取最优支撑路径;通过机床打印试验获取算法中可调参数,使用自适应柱状支撑算法和Slic3r的支撑算法处理多个模型。结果表明:自适应柱状支撑算法能减少支撑耗材和运算时间。

对两种丝料型熔融沉积快速成型（FDM）技术的挤出头进行性能比较分析,所用成型材料为生物可降解塑料聚乳酸（PLA）。应用计算流体动力学软件（CFD）Star CCM＋进行挤出头各部件传热以及PLA在挤出头内流道熔融和流动情况的模拟,建立挤出头性能评判指标分别为进料阻力、熔融段长度、能量利用率和准备时间四部分。建立适当的模型和边界条件进行模拟,并监控所需参数,最后通过实验进行进料阻力模拟结果准确性验证,说明用CFD模拟的方法进行3D打印挤出头进料性能对比研究是可行的。

选用3D打印工艺中的熔融沉积成型(FDM)工艺作为实验研究对象,研究恒温室加热和底板加热两种不同加热方式对不同构建取向打印的聚乳酸(PLA)试件拉伸强度及断裂伸长率的影响。实验结果表明两种加热方式下打印的不同构建取向的试件呈现出各向异性。与底板加热相比,采用恒温室加热方式打印的水平向试件和侧向试件的拉伸强度分别增加0.3%和2.6%,断裂伸长率分别增加4.2%和6.7%,有一定程度的改善;而采用恒温室加热打印的竖向试件的拉伸强度由底板加热时的14.94MPa提升至23.98MPa,增幅为60.5%,断裂伸长率由底板加热时的1.708%提升至2.847%,增幅为66.7%。对于竖向高度较大的制品,采用恒温室加热可明显提高制品的拉伸性能。

目前快速成型的主要数据接口文件格式有STL、IGES和STEP等，其中STL文件格式已经成为快速成型制造的标准接口格式。采用Pro／E5．0软件，以机床导轨简化模型为例进行建模与STL文件转换，通过设置不同的弦高（因素A）、角度控制（因素B）和步长大小（因素C），并利用正交试验，分析各因素对工件成型效率与成型质量的影响。通过试验得出上述3个因素对成型效率指标影响的主次顺序依次为因素C、因素B、因素A，从而确定效率最优组合为C2B3A1；对质量指标影响的主次顺序依次为因素C、因素A、因素B，质量最优组合为C1A1B1。在熔融沉积成型（FDM）3D打印机上进行试验验证，试验结果表明，应用上述两个组合分别进行熔融沉积成型确实能得到较高的成型效率和质量。

随着熔融沉积成型技术(FDM)近年来受到越来越多的关注,制件的力学性能成为了制约其应用的重要因素之一。为此针对沉积和填充过程,重点分析了填充率、填充方式和沉积方向对制件力学性能的影响,并结合实验对上述参数进行了验证。结果表明沉积方式和填充方式都对制件的力学性能存在明显的影响。最后以此为基础提出了提高制件力学性能的参数设定方法,这些设定能有效提高制件的力学性能。

直线导轨与滑块分离时,精密排列的滚珠极易脱落,安装复位困难,为此提出一套解决方案：测量直线导轨的形状尺寸并通过UG建模,再采用3D打印快速成型直线导轨样品,并应用在教学实践中,收到了较好的效果。