无支撑熔融挤压快速成形的参数研究

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1、机械2006年第4期总第33卷金属加工21无支撑熔融挤压快速成形的参数研究杨俊杰邓海兵江汉大学机电与建筑工程学院湖北武汉430056摘要针对快速成形产品悬空部分的支撑问题归纳出常见零件的5种悬空特征分别为倾斜形弧顶形平顶形开放式悬臂形封闭式悬臂形采种熔融挤压工艺进行加工试验得到这5种悬空特征无需添加支撑即可成形的极限悬空参数分别为倾斜角60弧顶半径4mm平顶长度8mm开放式悬臂长度3mm封闭式悬臂长度5mm成形环境温度对悬空部分的成形质量影响较大关键词快速成形熔融挤压熔融沉积支撑悬空特征中图分类号TH16文献标识码A文章编号10060316200604002103Studyonsupp

2、ortparametersformeltedextrusionmodelingYANGJun-jieDENGHai-bing(JianghanUniversityWuhan430056China)AbstractBasingonthesupportforsuspendedpartsofRapidPrototyping(RP),fivesuspendedfeatures,comprisingslope,arcroof,flatroof,free-endsuspensionbeamandclosed-endsuspensionbeam,areconcludedfromallpartsnee

3、dingtobesupportedduringRPprocess.ByemployingMeltedExtrusionModeling(MEM),themaximizedsuspendedparametersforthosefivefeaturesareobtainedwithoutsupportduringprocess,whichareslopeangleof60,arcroofradiusof4mm,flatrooflengthof8mm,free-endlengthof3mmandclosed-endlengthof5mm.Theambienttemperatureduring

4、processhasanimportanteffectontheprototypingquality.KeywordsRapidPrototyping(RP)MeltedExtrusionModeling(MEM)FusedDepositionModeling(FDM)supportsuspendedfeature熔融挤压MEMMeltedExtrusionModeling在采用MEM工艺进行原形制造时发现对于快速成形的原理是对模型进行分层数据处理后通零件的某些悬空或悬浮部分不添加支撑也能较好地过喷嘴挤出丝料在挤出的丝料与前一层丝料的交成形其成形条件在于这些部分的几何特征参数和界面上驱

5、动分子扩散粘结过程使零件结构成为一成形环境温度本文根据零件的几何形状分析归个整体采用此类快速成形工艺时如果分层后的纳出常见零件中可能出现悬空部分的通用特征通上层截面区域大于下层截面区域即零件具有悬空过改变这些特征的悬空参数以MEM工艺不同环境或悬浮的结构和形状时则在成型过程中可能需要温度条件下实际成形得到了无需添加支撑的极限[1,2]对该部分添加支撑支撑会对零件的成形质量造条件参数成很大影响特别是对于单喷嘴型快速成形机床由于支撑材料与本体材料一致会增加加工废料1常见零件的悬空特征提高后处理难度严重降低支撑部分表面质量目如图1所示对于常见零件可能出现悬空部前对于MEM或FDM(Fused

6、DepositionModeling)以分的形状特征可归纳为倾斜形弧顶形平顶形及光固化SLA(StereolithographyApparatus)工艺的开放式悬臂形封闭式悬臂形5种它们的悬空参支撑研究多集中于对支撑投影区域的分析支撑体[3,4]数分别为倾斜面与垂直面的夹角弧顶半径R形状的选择和自动支撑软件的算法等方面平顶长度a开放式悬臂长度b封闭式悬臂长度c收稿日期20051115作者简介杨俊杰1974男江汉大学机电与建筑工程学院讲师主要从事材料成形和特种加工方面的教学和科研工作22金属加工机械2006年第4期总第33卷悬空参数值越大则悬空程度越明显需要支撑的情况改变悬空参数可能性越

7、大开放式悬臂形和封闭式悬臂形的区别表1实验加工采用的悬空参数和对应测试零件特征在于前者的悬臂完全悬空而后者的悬臂通过零件悬空特征悬空参数参数值测试零件特征的上部分实体与零件其它部分构成整体实际零件倾斜形()4045505560657075中空截头圆锥的悬空部分可以由这5种悬空特征中的任意一种或弧顶形R(mm)22.533.544.555.5圆孔多种组成平顶形a(mm)345678910凸形孔开放式悬臂形b(mm)12345678T形台封闭式悬臂