毕业设计论文-熔融沉积快速原型机的设计论文.doc

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1、济南大学毕业设计第一章前言快速成型技术作为基于离散、堆积原理的崭新的加工方法，它与传统的加工机床和工具制造产品的方法不同，无需多道工序，可以一次快速成型。其中基于高聚物材料的熔融挤压快速原型技术更因其材料性能的优越性和低廉的成本而倍受工业制造业的重视。1.1选题背景1.1.1国内外研究现状快速原型制造技术（RapidePrototyping）是当今世界上发展最快的制造技术，该技术由最初的发展期步入成熟期，虽然其发展速度有所减缓，但近年来RP新工艺、新装备仍是最活跃的领域。RP制造的主流工艺有：美国3DSYSTEM的立体光刻(SLA)，美国Helisys的分层实体制造(LOM)，德国ESO的选

2、择性激光烧结(SLS)，美国Stratasys的熔融堆积成形(FDM)，美国MIT-Z的三维打印(3-DP)。其中对RP发展具有里程碑意义的3DSYSTEM公司，已由最初的SLA-l发展到最新SLA-5000System、SLA-7000System，ViperTMProSLAsystem，目前SLA的精度可以达到±25μm。我国最早在RP技术方面开展工作的高校有清华大学、西安交通大学、华中理工大学和北京隆源自动成形系统有限公司。这些单位早期在开发系统设备方面各有侧重，其中清华大学以FDM和LOM为主，西安交通大学则是SLA，北京隆源自动成形系统有限公司为SLS，而华中理工大学主要为LOM。

3、清华大学于1992年引进了SLA2250光固化成形设备，成立了激光快速成型中心，从此该校在RP成形理论、工艺方法、设备、材料、软件等方面做了大量的研究开发工作。1.1.2选题的目的及意义作为基于离散、堆积原理的崭新的加工方法，快速成型技术与传统的机床加工和工具制造有明显的不同，是制造业的一次创新，是制造技术的一次飞跃。快速成型技术逐渐得到了工业界的重视，渗透到更多的领域，取得越来越多的应用成果。快速成型制造技术中，熔融沉积是以材料累加的方法制造工件的先进制造技术。它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成于一体，利用材

4、料逐层迭加累积成型的原理来制造产品。熔融沉积快速成型制造技术特别适合于形状复杂、精细的零件加工，生产柔性化很高，技术高度集成，设计制造不需专门的工装夹具和模具，大大缩短了新产品的试制时间，零件的复杂程度和生产批量与制造成本无关。从以上内容可知，快速原型技术虽然不同于传统加工方法，而且发展较晚，但是因其特殊的加工性能和成性特点正在逐步的完善和推广，有很大的研究价值。济南大学毕业设计1.2熔融沉积造型技术（FDM）简介熔融沉积技术（FusedDepositionModeling）是快速原型技术的重要组成之一，其成型的方法是：首先系统将CAD模型分为一层层极薄的截面，生成控制喷嘴移动轨迹的几何信息

5、；运作时FDM加热头把热塑材料（如聚脂塑料、ABS塑料、蜡等）加工到临界状态，在微机控制下喷嘴沿着CAD确定的平面几何信息数据运动并同时挤出半流动的材料，沉积固化成精确的实际零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成层并同样固化，且与已固化层牢固地连接在一起；如此反复，由下而上形成一个三维实体。其原理如图1.1所示：成型件支撑板喷头图1.1FDM工艺原理如上图所示，FDM成型系统是通过融融堆积逐层成型出工件的，所以要有成型支撑板；成型材料是通过熔融后挤出成型，所以要有加热装置和喷头；材料需能够源源不断地用于熔融和挤出，而且要方便送入喷头，所以选择原材料为丝状，成型系统中须有送丝机构；在逐层成型工件

6、的过程中，每个层面的任意一点都要有材料填充，喷头要运动到每个层面的任一位置，所以要有运动机构。综上所述，FDM成型系统主要由支撑板、送丝机构、运动及其控制机构、加热装置、喷头构成。成型过程中，丝状成型材料在喷头中被加热到高于熔点，呈半流体，然后喷头中挤压出来；喷头受水平分层的数据信息控制，在X—Y平面作联动扫描，按照成型件的截面轮廓作轨迹填充运动，运动中喷出的熔融材料很快凝固，并与先前层黏结在一起；一层成型完后，支撑板沿Z轴向下移动一个层厚度，打印下一层。如此循环往复，直至整个零件成型完毕。目前的熔融沉积工艺中，为了使成型速度不会太慢，同时提高成型精度，每层厚度选择范围0.02~0.25mm

7、。FDM工艺的关键是保持半流动的熔融材料刚好在凝固点之上，通常是高于熔点1~2度。因为FDM快速熔融堆积成型技术的自身原理特点，其对成型材料有较高的要求。主要有：熔融温度低、黏度低、黏结性好、收缩率小。在当今的FDM工艺中通常选择聚碳酸酯、铸造蜡丝等。加工铸造模型时，用蜡丝成型的模具可直接用于失蜡铸造。济南大学毕业设计本篇论文设计的快速原型机为了能够一次成型所需工件，采用ABS工程塑料作为成型材料。实测结果表