基于熔融沉积技术的燃机叶片快速熔模铸造工艺优化研究

针对熔融沉积技术应用于熔模铸造燃机叶片时存在的因材料熔融膨胀流动而导致型壳胀裂、表面品质和尺寸精度难以保证等问题,分别进行了3D打印ABS材质的实心、空心叶片模样用于熔模铸造的实验,研究了熔模铸造过程中的蜡质浇注系统设计、涂挂工艺参数、脱蜡和脱ABS材料工艺流程优化技术。通过对铸件尺寸精度的检测表明,ABS材质空心叶片模样的铸件产品尺寸精度优于实心叶片产品。     

基于FLUENT模拟的熔融沉积快速成型喷头工艺参数研究

喷头是熔融沉积快速成型工艺最重要的部件之一。对喷头结构进行介绍,分析出喷头几种重要的工艺参数,进行有限元理论分析,建立喷头三维模型,用FLUENT软件对喷嘴直径为0.2、0.5、0.7 mm时的喷头结构进行分析。分析其温度场、速度场、压力场,找到不同送丝速度下的挤丝速度、压力损失、喷嘴处温度之间关系。仿真分析结果表明:在成型过程中选择合适的工艺参数,可以防止材料在喷头内堵塞,提高成形表面的表面品质。     

气压式熔融沉积系统丝宽与轮廓补偿研究

介绍了气压式熔融沉积系统的工作原理及工艺特点,提出了挤出丝的截面形状模型,建立了成型过程的数学物理方程,推出了理论丝宽的表达式,测量了AJS系统成型过程中不同温度和压力条件下材料的挤出速率,通过理论计算与实际测量结果的比较,确定了丝宽截面模型。最终根据得到的不同工艺条件下的丝宽值确定了扫描间距和轮廓补偿半径等工艺参数。     

气压式熔融沉积快速成形系统

介绍了快速成形制造技术中熔融沉积造型的基本原理及其工艺特点，对气压式熔融沉积快速成形系统的基本结构、加工工艺等做了进一步的说明，详细阐述了系统的各项工艺参数对成形精度的影响，并通过工艺实验验证了从理论角度得出的各项参数之间关系。结果表明，以气压力为挤压动力有效可行，系统工艺简单，成形材料选择范围广泛，不仅可完成传统FDM的快速设计任务，还可完成制造人工生物活性骨的模型加工。     

熔融沉积成形试件翘曲成因的分析与优化

以熔融沉积成形过程中成形件的翘曲变形为研究对象,分析变形产生的原因及其作用机理,建立了成形过程中成形件翘曲变形的理论模型,分析了堆积层数、成形室温度、试件尺寸和扫描速度对成形件变形的影响。针对以上因素设计试件进行正交试验,研究各因素对翘曲变形的影响程度,得出最大程度减小成形件翘曲变形的最优因素组合,提出了减小成形件翘曲变形的相应措施。     

熔融沉积增材制造成形碳纤维复合材料的力学性能

采用CF/PLA复合材料,应用熔融沉积成形(FDM)工艺制备了拉伸、弯曲、冲击试件,与纯PLA试件、注塑PLA试件、注塑CF/PLA试件、ABS试件,进行了单轴拉伸、三点弯曲和冲击实验。研究了各个试件的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度,得到了拉伸应力—应变曲线和弯曲载荷—位移曲线。结果表明:应用FDM工艺成形的CF/PLA复合材料具有较好的力学性能,其抗拉强度是纯PLA试件的1.27倍,注塑PLA的1.04倍,最大弯曲载荷、弯曲强度和弯曲模量,分别是纯PLA试件的122.10%、133.33%和156.44%;冲击强度比纯PLA增加15.84%,比注塑PLA提高9.95%,但断裂伸长率下降。     

金属熔融三维直写喷头结构优化研究

在金属熔融三维直写技术过程中,送丝过程能否顺利进行将直接影响到最终成形件的品质。针对成形过程中常出现送丝不稳定的问题,分析了喷头中金属丝的受力情况。研究结果表明:通过减小送丝速度、喷头加热区长度、缩颈部分流道长度,以及增大缩颈部分流道直径的方法,可以有效降低喷头中丝材所受到的沿程阻力。同时通过直写单道实验证明,当喷头内总的流动阻力越小时,直写单道实验结果越好。     

基于熔融沉积技术的叶片快速熔模铸造试验

针对燃气轮机叶片熔模铸造过程复杂、周期长、成本高等问题,利用3D打印熔融沉积技术打印ABS模型,粘接蜡模浇注系统组成模组,经过涂挂涂料、高压釜脱ABS和焙烧获得完整的叶片型壳,并采用工业内窥镜对其型腔内部进行检测后浇注金属液。采用三维光学扫描方式对铸件的整体尺寸和其叶型截面的关键尺寸偏差值进行检测。试验表明,采用熔融沉积技术打印叶片模型进行快速熔模铸造能够满足铸造要求,为燃气轮机叶片样件熔模铸造提供一种时间短、成本低、可靠性高的新方法。     

基于神经网络和遗传算法的熔融沉积成型多目标优化

在建立了熔融沉积成型工艺参数和目标函数的基础上,论述了人工神经网络和遗传算法在熔融沉积快速成型工艺参数优化中的应用.首先利用人工神经网络建立熔融沉积快速成型工艺参数与成型件尺寸精度、翘曲变形之间关系的数学模型,然后用遗传算法对工艺参数优化.根据多目标函数优化问题的单目标化思想,对优化后的单目标进行了分解,得到最优工艺参数条件下的成型件尺寸精度、翘曲变形,从而为建立和控制熔融沉积快速成型工艺参数提供了一种行之有效的途径.     

熔融沉积成型彩色打印技术研究

针对FDM的梯度渐变色打印,提出了一种对梯度渐变效果进行预测和评价的方法。利用Visual C++提供的MFC应用程序开发平台编写软件模拟两种颜色的梯度渐变,通过在软件上改变色彩细分量得到梯度渐变效果不同的图像,实现了对梯度渐变效果的预测。为了实现彩色打印,设计了一种彩色打印机。首先进行梯度渐变色打印实验,用软件分析在与模拟对应的色彩细分量下打印出的零件和模拟结果的梯度渐变效果,验证了模拟结果的正确性,实现了对梯度渐变效果的评价。然后进行多色打印实验,实现了彩色3D打印,为彩色3D打印技术的进一步发展提供了参考。     

FDM工艺中的支撑自动生成技术研究

在FDM工艺中,基于其成型特点,在加工过程中需要添加支撑。支撑结构的合理性对成型件的精度和加工效率都有很大的影响。提出的基于扫描线的支撑自动生成技术生成支撑的速度快且无遗漏,在此基础上还能快速完成路径优化,实际应用效果较好。     

FDM工艺中支撑添加技术的研究

在FDM成型系统中,零件原型的制作是靠热喷头挤出熔丝逐层堆积成型的,因此,在零件制作过程中支撑结构的生成是不可避免的.本文详细阐述了支撑结构生成中要考虑的因素.在向下特征体支撑自动生成算法中,为简化布尔运算,采用了基于直线扫描的自动支撑生成算法,在局部支撑自动生成算法中,提出了各种特征区域的识别方法,并把三维的布尔运算简化成二维的布尔运算来处理干涉问题.实践证明,该方法简化了运算,确保支撑无遗漏.最后通过大量的实验,总结出不同支撑生成方法的优缺点及对支撑不足区域的解决办法.     

基于熔融沉积技术的快速熔模铸造工艺实践

确定新产品的熔模铸造工艺需要反复试验验证,设计周期长,成本高。利用熔融沉积技术(FDM)打印ABS模样,采用常规方法用蜡制造浇冒系统模样,二者黏接组成模组。涂挂试验配方的涂料实现挂砂,通过高压釜脱蜡和焙烧炉脱ABS两步过程,获得完整的型壳。焙烧、浇注、冷却后,进行喷砂清理,采用三维扫描仪检测产品尺寸。实现了基于熔融沉积技术(FDM)的快速熔模铸造生产铸钢件。     

空气射流喷嘴结构优化与破拱试验研究

为快速有效冲击破坏料仓出口上方形成的料拱,设计出一种能形成高速空气射流的收缩-扩张喷嘴。为探究喷嘴结构参数对空气射流速度的影响,采用正交试验与CFD数值模拟相结合的方法,优选出收缩段锥度60°、喉部直径2 mm、入口直径12 mm的喷嘴,并对其进行射流速度测试,测试结果与数值模拟结果的平均相对误差为4.8%。最后通过实验验证了空气射流冲击流化结拱粉体的有效性和快速性,并利用Fluent分析了射流冲击渗透粉体的区域,模拟结果与实验结果一致,揭示了空气射流与粉体颗粒相互作用的过程机制,为料仓破拱时合理布置射流喷嘴提供理论指导。     

FDM工艺精度分析与试验研究

熔融沉积成型技术的不断发展受到了各行各业的关注,在快速成型过程中的每一环节都会产生误差,这严重影响了产品的精度。通过对熔融沉积工艺流程进行介绍,分析了影响产品精度的多个因素并提出相应的解决方法。进一步将影响快速成型精度的喷头温度、扫描速度、分层厚度3个因素进行试验分析,得到了影响精度的主要因素,并结合实际经验进行对比分析,得出相关结论。对进一步研究熔融沉积成型技术工艺以及提高成型件的精度具有参考意义。     

熔融沉积成型彩色3D打印机的研究

当前基于FDM的3D打印机大部分只能使用一种颜色的耗材,因此打印件颜色单一。为了解决这一问题,在深入研究FDM 3D打印机工作原理的基础上,设计一套彩色3D打印机挤出装置,对普通切片软件进行了二次开发,编写了与挤出装置相匹配的彩色切片插件,并进行了样机的试制与调试。通过打印试验,验证了所设计的挤出装置及彩色切片插件达到了设计要求,实现了彩色打印,为彩色3D打印技术的进一步研究提供参考。     

板坯连铸结晶器水口优化试验研究

对断面为210 mm×1 300 mm板坯连铸结晶器进行了水力学模拟试验,研究了SEN的结构对结晶器内钢液流动状态的影响及变化规律。试验结果表明：在断面为210 mm×1 300 mm下, SEN结构及参数选用凹型底、水口剖面为圆形、S侧/S中为1.9、出口倾角为15°,插入深度为120～180 mm能有效改善结晶器内的流场。