基于FDM的图学模型设计及其成型精度研究

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熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling,FDM)技术,又称增材制造,作为一种全新的制造方式,正在推动着产品设计和生产方式的革命。与传统制造相比,它可以将设计者的设计思想迅速的转化为实物模型,从而使得设计者能够认识到产品存在的问题并进行修正,有效的缩短了产品的开发周期。但是在熔融沉积快速成型中,成型件的成型精度普遍较低,如何提高FDM成型精度是一个重点研究的问题,也是制约FDM打印技术进一步发展的重要原因。本文基于FDM成型组合式图学模型,但是成型的图学模型中出现了成型精度不高影响模型组装及表面质量的问题,而参数的设置与匹配是否合理会直接影响模型的成型精度。针对这一问题,对FDM成型模型的成型精度展开研究,在理论分析的基础上,通过优化其工艺参数,提高成型模型的成型精度。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于FDM成型组合式图学模型,该图学模型将被做成可拆分的,把拆分模块的表面进行磁化处理,在使用时利用磁性吸合原理可以选择性的灵活拆装,无需拆装工具,操作简单、便捷、高效,帮助学习者把视觉效果上的图形转化为具体实物模型,克服了传统图学模型教具存在的“笨重”、“不可灵活应用”以及“无法展示图学模型内部结构”等缺陷。(2)在FDM成型图学模型的基础上,将其与互联网相结合,即搭建一个网上学习图学模型的公众号平台,建立图学模型图库,把图库与微信公众号链接,学习者可通过扫描公众号二维码进入图库,基于虚拟图库,挑选需要学习的图学模型。(3)从尺寸误差、表面质量、形状误差三个方面系统的分析了整个FDM成型过程中各因素对模型成型精度的影响,并提出了相应的解决方法,为后续模型的成型精度优化提供了理论基础和指导性依据。(4)从FDM成型模型的诸多工艺参数中选取分层厚度、填充密度、层数和打印角度四个参数,在优化工艺参数的合理范围内选取不同的水平值进行正交实验。利用极差分析法研究各工艺参数对模型成型精度(以尺寸误差和表面粗糙度为参考指标)的影响规律,并通过综合平衡法分析得出FDM成型模型的最优工艺参数组合,即分层厚度为0.15mm,填充密度为65%,层数为6,打印角度为60℃。最后对实验所得最优工艺参数组合进行验证分析,其验证结果是可行的。
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