基于熔融沉积快速成型技术,分析不同的因素对最终成型精度的影响。建立直线外轮廓与圆弧外轮廓的两种数学模型并推导相应的表面误差理论公式,用公式将误差具象化,将公式导入MATLAB软件生成误差分析图。对分层厚度,填充率,打印速度三因素设计正交试验方案探究各因素对成型精度的影响,分别从X,Y,Z三方向确定了各因素的影响效果,进而选出了各方向上最优配比方案。通过试验结果与理论分析相互印证,验证设计方案对参数优化的可行性。

在高分子功能梯度材料制备工艺中,熔融沉积技术可通过精确控制进料速度实现复杂结构的三维梯度分布,为制备高分子梯度材料提供了一种更为便捷的新方法。文中简要介绍了高分子梯度材料的概念、性质、种类及应用,着重阐述了熔融沉积技术制备梯度材料工艺的基本原理及分类,总结了国内外采用熔融沉积技术制备高分子梯度材料的研究进展,最后对未来高分子功能梯度材料研究方向与发展前景提出了展望。

针对熔融沉积技术成型过程中丝材堵塞喷嘴现象,提出对喷嘴结构尺寸优化的思路。通过喷嘴出口截面温度场仿真,结合散热长度、出口长度及收敛角3个因素进行正交试验分析,得到喷嘴最佳结构尺寸组合。对比喷嘴优化前后实际打印过程及制件的表面质量、三维尺寸精度,结果表明:优化后的喷嘴能明显提高制件精度,同时可有效降低丝材堵塞发生的概率。

设计了气动式的石蜡熔融沉积装置,采用正交实验的方法,研究温度t、气压P、喷嘴直径d、喷嘴距离基板高度h和基板移动速度v等工艺参数对熔融石蜡沉积线宽的影响.实验结果分析表明：工艺参数对线宽影响的显著性由大到小依次是喷嘴直径、气压和基板移动速度,最优参数组合为t=80℃,P=0.2 MPa,d=0.4mm,v=5.4mm/s和h=0.3mm;单因素验证试验证实了正交试验结果的正确性.

为研究工艺参数与FDM3D打印机能效耦合的复杂机理,提出一种基于田口法的FDM3D打印机工艺参数能效优化方法。通过设计田口法实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗以及加工时间数据。采用信噪比分析实验数据,确定能耗和加工时间与工艺参数的关系。研究显示在实验范围内,较低的热床温度和喷头温度,以及较大的打印速度和分层厚度,可大幅减少FDM打印时间,有效降低FDM打印能耗。针对自行研制的FDM3D打印设备,分别给出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。

熔融沉积技术(Fused Deposition Molding,FDM)在3D打印领域应用广泛,其能耗特性尚不明确,因此进行了FDM3D打印机工艺参数对能耗的影响研究。通过设计响应曲面实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗数据。利用实验数据生成响应曲面并作降维处理,分析各个工艺参数对能耗的变化趋势的影响,即随着热床温度的升高则能耗上升,随着打印速度、分层厚度的增大则能耗降低。获取较低的能耗需要尽可能地减少待机和加工时间,一方面要选择合适的热床温度和喷头温度,另一方面选择较大的打印速度和分层厚度。

针对现有金属件增材制造技术存在设备开发及运行成本高、成形效率低的问题,提出新的低成本且适用于中、低熔点金属材料的增材制造技术——熔融沉积3D打印成形,介绍了该技术原理.采用自主开发的成形设备,开展锌合金熔融沉积3D打印成形工艺试验,研究喷嘴高度、扫描速度和搭接率对成形效果的影响.研究结果表明：金属熔融沉积单道轨迹宽度与高度成反比例关系;当喷嘴高度为25~35mm,扫描速度为8mm/s时,所得的单道轨迹质量较好;当路径搭接率为35%~40%时,沉积单层表面质量较好;采用熔融沉积三维打印工艺所成形锌合金实体的致密度可以达到97%以上;通过提高坩埚加热温度、成形基板温度、退火温度和退火时间,可以显著增强成形件的致密度;采用金属熔融沉积三维打印工艺,可以实现具有复杂形状内流道模具的成形,不仅可以降低加工难度,还可以提高成形...

针对现有金属增材制造成形工艺普遍存在的成形速度慢、粉末材料昂贵以及运行成本高等问题,提出了一种基于电磁感应加热技术的金属线材熔融沉积工艺。利用自主研制的试验系统进行了薄壁圆环结构件沉积成形试验,研究了电磁力对熔滴沉积的作用机理,并结合工艺试验分析了过渡距离对成形件的层间结合性能的影响。试验结果表明：优化感应线圈几何参数,严格控制线材相对感应线圈的位置对该工艺的加工精度与成形质量有重要影响;当喷头至基板间距离处于8～20 mm之间时,成形制件层间结合良好。研究表明,基于感应加热技术的金属线材熔融沉积工艺是一种可行的增材制造新工艺。

在原有3D打印技术基础上,创造性地提出了＂打印一加工＂相结合的新型3D打印技术,它将很好地解决制造尺寸、制造速度、制造精度、制造成本等一系列问题。传统的送料结构仅能满足桌面级小型机的使用,因此必须研制一套与新型3D打印技术相配套的供料设备,文中参照注塑行业螺杆式挤出机的设计方法,探寻一种适用于3D打印的供料挤出螺杆设计方法,并对主要参数进行计算,为接下来总体供料设备的制造和应用奠定基础。

熔融沉积3D打印机应用广泛,但在使用过程中有多种问题,以ABS塑料为例,对打印过程中出现的坍塌、＂拉丝＂、侧面精度不一、模型开裂等问题进行分析,并对部分问题提出可行性的解决办法。