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熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)是近几十年来发展较为迅速的3D打印技术之一,在机械、医疗、军事等领域均有广泛的应用。这种技术最明显的特点就是产品设计周期短,并且能够根据客户的个人需求提供个性化产品。但是,成型精度和成型效率限制了熔融沉积成型技术的发展。本文从提高熔融沉积成型技术的精度及效率的目的出发,对成型过程进行了有限元模拟,并对成型过程中支撑结构的生成进行了优化。主要研究工作如下:(1)提出了一种基于体素化和体素单元自动排序的通用有限元模型网格划分与熔融沉积成型模拟方法,该方法通过对STL模型进行体素化处理和体素单元的正交平行扫描排序,可建立任意形状的熔融沉积成型有限元仿真模型。利用所提出的方法在ANSYS软件中建立了温度场有限元实例仿真模型,分析了熔融沉积成型过程中扫描速度、成型室温度以及喷头温度对零件温度场的影响。(2)在温度场分析的基础上,对熔融沉积成型工艺的热应力耦合原理进行了分析。通过单元类型转换、材料性能参数的设定及边界条件的确定,在ANSYS软件中建立了热应力场分析的有限元实例仿真模型。通过将温度场分析结果作为载荷施加到应力场分析模型中,研究了熔融沉积成型过程中扫描速度、成型室温度和喷头温度对零件应力场和位移场的影响。(3)建立了成型室温度可调的熔融沉积成型实验平台,设计正交试验研究了熔融沉积成型工艺过程中扫描速度、成型室温度、喷头温度对零件翘曲变形的影响。实验结果表明,基于ABS材料的熔融沉积成型工艺在所分析工况中的最优水平参数组合为扫描速度50mm/s、成型室温度80℃、喷头温度180℃。实验结果也表明本文所提出的熔融沉积成型有限元模拟方法是准确的。(4)提出了一种基于L-系统和八叉树的熔融沉积成型树状支撑结构生成方法。该方法利用L-系统文法构图思想生成具有对称结构的树状支撑,利用八叉树数据结构对空间射线与网格模型进行快速求交,基于树枝结构的拓扑关系对初始支撑进行剪枝处理。最后以正交试验得到的工艺参数最优水平组合为基础,对所提出的支撑结构生成方法进行了实验研究。结果表明,相比Cura软件和Meshmixer软件,本文所提出的支撑结构生成方法在提高支撑稳定性的同时可有效节省打印耗材和时间。