针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计。采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM3D打印喷头。用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。

为了解决FDM 3D打印机自动换料的问题,设计了一种基于称重传感器的3D打印机自动换料装置,该装置可辅助打印机执行打印任务,取代人工值守衔接换料工序,解决由于材料耗尽导致打印任务的暂停或失败的问题,有效避免材料浪费,较大程度上提高打印机工作效率和自动化水平。

制造无托槽隐形牙矫治器需采用快速成形工艺制作的牙颌模型作为模具,快速成形的牙颌模型表面性能对无托槽隐形牙矫治器与牙齿接触面的表面性能有决定性的影响.对比、分析了SL(Stereolithography,立体光刻)与FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积制造)2种快速成形工艺制造的成形件的表面形貌特点、表面粗糙度和摩擦因数的差异及原因,对用于牙颌模型制造的快速成形工艺的选择和改进有重要指导意义.

结合增材制造轻量化、节能化液压阀块的设计准则,设计了一种轻量化液压阀块,利用熔融沉积成形技术(FDM)制造成形。通过正交试验研究FDM成形工艺中的打印温度、层厚和填充率等因素对液压阀块力学性能的影响。结果表明,三因素对液压阀块试件最大承载力的影响由强到弱依次为层厚、打印温度、填充率,其中,层厚对试件最大承载力影响显著,三因素交互作用对试验结果没有影响;当打印温度为190℃,层厚为0.3 mm,填充率为20%时,试件具有最大承载力;三因素对试件总吸能性的影响与其对试件最大承载力的影响结果一致,验证了该液压阀块力学性能正交试验结果的正确性。

为了提高熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)成型件的表面质量,提出利用数控加工对FDM成型件进行表面加工的后处理方法,研究打印速度、挤出速度和分层厚度等工艺参数对成型件的成型误差和表面粗糙度的影响,在此基础上,研究数控加工对其加工误差和表面粗糙度的影响。结果表明:FDM成型件表面粗糙度较大,最大达到24.434μm,合理设置打印速度、挤出速度和分层厚度可以有效降低FDM成型件的成型误差;数控加工可以有效降低FDM成型件的表面粗糙度值,表面粗糙度降低到1.979~2.446μm。

介绍了3D打印技术及其分类，并针对熔融沉积3D打印大尺寸薄壁类件的硬度影响工艺因素进行了重点分析；设计并制造出试验加工模型，制定正交打印试验方案；研究了层高、填充密度、打印速度与喷头温度对打印样件硬度的影响；采用极差分析法制定了最合理的工艺参数组合，保证了打印产品的成型硬度，为3D打印技术推广与应用提供理论支持。

针对三维打印技术在大专院校的应用，对三种用于实验教学的三维打印工艺的优缺点进行比较。分析指出目前FDM打印工艺更具有优势，更适用于实验教学。

通过实际加工分析FDM式3D打印机在打印过程中出现的底部翘曲、拉丝、出丝不畅和错位问题,寻找问题出现的原因,并提出解决方案。

为了兼顾FDM快速成型的成型质量和效率,对基于FDM的自适应分层算法进行了研究。首先对等厚度分层方法进行了分析计算,发现其弊端;其次对CAD模型进行了参数化分析,通过曲率的正负将图形表面分成了正偏差和负偏差两种情况;最后利用ABS丝材和二次开发的CURA软件,分析了不同层厚对熔融沉积快速成型制件成型质量的影响。结果表明,改进的自适应分层算法易于编程,提高了制件的成型质量,且节省了打印时间。

针对目前市场上流行的通用FDM3D打印机打印精度差、行程短等问题,分析了影响其最终成型精度的因素,并针对材料热胀冷缩效应、打印喷头吐丝宽度以及机械结构运动特性对打印件最终成型精度的影响,在现有3D打印机控制器的基础上增加了空气加热器、多路温度检测接口及双步进电动机加编码器的闭环同步双驱动功能,设计了一套功能更为完善的基于STM32的大行程FDM3D打印机控制器。经编程调试验证,控制器工作稳定可靠,散热特性良好,能满足通用大行程3D打印机的基本要求。