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材料成型技术课程论文题目: 熔融沉积制造-FDM 系(部): 专业: 学生姓名: 学号: 完成时间: 201 年月日材料成型技术课程论文-1- 前言快速成型技术(Rapid Prototyping) 是20世纪 80年代中后期发展起来的一项新型的造型技术。RP技术是将计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助制造(CAM) 、计算机数控技术(CNC) 、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。RP经过十多年的发展,已经形成了几种比较成熟的快速成型工艺光固化立体造型(SL—Stereo lithography) 、分层物体制造(LOM —Laminated Object Manufacturing) 选择性激光烧结(SLS — Selected Laser Sintering) 和熔融沉积造型(FDM —Fused Deposition Modeling) 等。这四种典型的快速成型工艺的基本原理都是一样的, 但各种方法各有其特点。 FDM (Fused Deposition Modeling )工艺是由美国学者 Scott Crump 于1988 年研制成功, 其后由 Stratasys 公司推出商品化的 3DModeler 1000 、1100 和FDM 1600 、1650 等系列产品。后来清华大学研究开发出了与其工艺原理相近的 MEM (Melted Extrusion Modeling )工艺及系列产品。[1]目前,FDM 工艺已经广泛应用于汽车领域,如车型设计的检验设计、空气动力评估和功能测试;也被广泛应用于机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、办公用品、玩具等产品的设计开打过程,如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前检验设计以及少量产品制造等。用传统方法需机几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型,用FDM 成型法无需任何道具和模具,可快速完成。材料成型技术课程论文-2- 1 熔融沉积制造工艺原理 快速成形技术基本原理快速成型技术是对零件的三维 CAD 实体模型, 按照一定的厚度进行分层切片处理, 生成二维的截面信息, 然后根据每一层的截面信息, 利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行, 各截面层层叠加, 最终形成三维实体。分层的厚度可以相等,也可以不等。分层越薄,生成的零件精度越高,采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。 FDM 的工艺原理图1 FDM 工艺原理图如图 1 所示。成形时,丝状的成形材料和支撑材料由送丝机构送至各自对应的微细喷头,在喷头的挤出部位被加热至熔融或半熔融状态。喷头在计算机控制下,按照模型的 CAD 分层数据控制的零件截面轮廓和填充轨迹作 X-Y 平面运动;同时在恒定压力下,将融化的材料以较低的速度连续的挤出并控制其流量。材料被选择性的沉积在层面指定位置后迅速凝固,形成截面轮廓,并与周围的材料凝结。一层截面完成后,工作台下降一层的高度( - ) ,再继续进行下一层的沉积。如此重复,直至完成整个实体的造型[3]。2 熔融沉积制造系统简介 硬件系统一般熔融沉积制造机械系统包括运动、喷头、成型室、材料室、控制室和电源室等单元,喷头是该系统的关键部件[7] 。以上海富力奇公司推出的 TSJ 系列快速成型机为例介绍一下喷头结构[8] 。如图 2 ,喷头内的螺杆和送丝机构可用同一步进电机驱动,当外材料成型技术课程论文-3- 部计算机发出指令后,步进电机驱动螺杆,同时通过同步齿形带传动与送料辊将塑料丝送人成型头,在喷头中熔融,并在螺杆挤压作用下通过喷嘴涂覆在工作台上。图2 FDM 快速成型系统喷头结构示意图[8] 软件系统几何建模单元是由设计人员借助 CAD 软件,如PRO/E 、Auto-CAD 等构造产品的实体模型或由三维测量仪( CT、MRI 等)获取的数据重构产品的实体模型,最后以 STL 格式输出原型的几何信息。信息处理单元由 STL 文件处理、工艺处理、数控、图形显示等模块组成,分别完成对 STL 文件错误数据检验与修复、层片文件生成、填充线计算、数控代码生成和对原型机的控制。其中,工艺处理模块根据 STL 文件判断制作成型过程中是否需要支撑,如需要支撑则进行支撑结构设计,并以 CLI 格式输出产生分层 CLI 文件。 供料系统供料系统主要完成原型材料和支撑材料的精准供给。送料时,实芯丝材原材料缠绕在供料辊上,由电动机驱动辊子旋转,辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。在供料辊与喷头之间有一导向套,导向套采用低摩擦材料制成,以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔。材料成型技术课程论文-4- 3 熔融沉积制造系统设备简介目前研究熔融沉积工艺设备的主要有美国的 Stratasys