FDM 3D打印机喷头设计

在温度因子的驱动下,研究基于FDM技术的3D打印机喷头设计思路。采用比例因子法,设定多目标条件下的3D打印机打印精度评价指标体系,设计3种不同喷口直径和2种不同加热腔结构,共形成6种比较方案,在12种打印介质的联合比较实验中对其性能进行分析。(1)通过技术手段加强对发热元件的温度控制精度,使其控制在打印介质熔融点附近,可以有效提升3D打印机性能。(2)加热腔温度传导机制下,T=1.03T_0时系统效率最高。(3)缩小喷口直径D_0,可有效降低成型效率比例因子B_(DS)的统计学表达。在统计学角度证实了更小直径的FDM喷口可以实现更高的打印精度,影响打印精度的参数还包括对发热体温度的控制精度。     

并联混色3D打印机设计与研究

目前,并联臂结构的3D打印机普遍存在打印精度不佳、稳定性与可靠性差、调试与维护过程复杂等问题。针对熔融挤压堆积成型(FDM)并联3D打印机的基本结构,对并联式3D打印机的部分结构件进行了重新设计与建模,完成样机设计与实验。设计了一种支持双色混色、易于维护、高可靠性的并联3D打印机,并通过整体布局、机械结构以及打印喷头的优化进一步提高打印精度、打印稳定性以及可靠性。     

基于FDM工艺的桌面级3D打印机的设计

为了提高以往3D打印机打印精度和质量,对打印装置的整体结构提出了创新设计方案,该打印机通过步进电机带动丝杠旋转,利用丝杠上的滑块带动连杆控制打印喷头在一定空间内准确移动,配合底部工作台实现FDM熔融沉积技术的快速打印.优化处理了打印机控制方案,使得结构简单新颖,同时可以提高打印机工作效率,并通过机械结构始终保证打印喷头始终处于竖直状态,为3D打印机的机构设计创新提供参考.     

FDM型3D打印机喷头温度场仿真

FDM型3D打印机通过熔融沉积的方式打印成型,打印过程中喷头部分的温度场受结构设计和冷却系统影响,在打印过程中易出现温度分布不均匀的现象,进而出现堵料问题,影响打印过程正常进行。利用CAE温度场仿真软件对FDM型3D打印机喷头三维模型进行温度场仿真,得出3D打印机喷头加热块、喷嘴以及喉管和散热铝块的温度场分布。根据温度场仿真结果,为喷头冷却系统的设计和优化提供理论依据,进而提高FDM型3D打印机的打印连续性、效率以及打印工件的表面质量。     

3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计

针对熔融沉积造型3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起打印精度差等问题,采用热力学分析和结构优化设计,解决3D打印过程中由热量导致喷头热变形引起打印精度差和其本身制造成本高的问题。经过仿真分析和实验与应用,验证了熔融沉积造型3D打印喷头结构的合理性,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。     

基于挤出沉积技术的多喷头3D打印机研制

针对组织工程中多材质和梯度化生物制品的三维打印问题,对喷头温控功能、沉积工作台制冷功能、喷头切换方式、控制系统等方面进行了研究,提出了一种基于挤出沉积技术的多喷头生物3D打印机。使用半导体制冷片和聚酰亚胺加热膜对喷头进行了温控设计,设计了双向滚珠丝杆切换装置和外循环超低温沉积工作台结构,最后利用羧甲基纤维素钠水凝胶材料在研制完成的多喷头生物3D打印机上进行了多喷头打印测试。测试结果表明:多喷头生物3D打印机实现了多材料和梯度化复杂模型的多喷头三维打印,同时打印精度满足生物组织工程的需求,为实现高仿生三维结构的打印奠定了良好基础。     

基于MAM和PAM的多喷头3D打印系统

针对生物组织工程中多组分生物模型的三维打印问题,对电机挤出沉积式喷头、气动式微滴喷射式喷头、多材质模型路径规划及多喷头协调控制等方面进行了研究,提出了基于MAM和PAM的多喷头3D打印系统及多喷头协调控制方法,优化了PAM打印系统以提高系统打印精度,并改进了路径规划方法从而满足了多材质模型打印;最后利用多材质模型的打印实验对该系统的可行性进行了测试。研究结果表明:多喷头3D打印系统实现了多喷头之间的协调控制,实现了多材质复杂模型的打印;同时MAM和PAM喷头打印精度均满足了生物组织工程的需求,为实现高仿生结构的打印奠定了良好的基础。     

3D打印机喷头组件的水冷设计及仿真分析

研究3D打印机的打印过程时发现,打印过程中存在喷头堵塞、打印精度低、速度低等问题,其主要原因是导丝管中的热量不能及时传导出去.为了解决喷头组件散热问题,设计出水冷装置模型,首先通过计算得出冷却的理论数据,然后结合傅里叶热传导定律,利用Fluent软件进行仿真分析,得出散热装置的温度数据以及温度分布云图等重要参数,最后仿真和计算相互验证.结果表明:该水冷装置设计合理,能够满足导丝管内降温需求,有利于降低3D打印机喷头堵塞频率,提升打印精度、速度以及成型质量,为进一步优化3D打印机提供了参考.     

支撑架底座的拓扑优化及3D打印一体化成型技术

通过采用拓扑优化设计及金属3D打印成型相结合的手段实现了支撑架底座的结构轻量化、刚度最大化设计成型。采用约束支撑底座的最大平均应力和体积范围,成功将体积减少了75%。然后通过3D打印成型制备了优化后的底座模型。结果表明,优化设计方法和3D打印技术相结合能够大大提升零件的设计效率,降低设计成本,缩短企业研发周期,是一种新型和有前景的零件设计、验证及成型一体化手段。     

桌面型FDM 3D打印设备的优化设计与精度分析

目前市面上桌面型FDM 3D打印设备种类繁多,受到结构稳定性、熔融温度、环境温度等多重因素的综合影响,其打印精度差异明显。为了提高打印精度,对某一桌面型FDM 3D打印设备影响精度的相关缺陷进行了分析,并对设备的箱体结构、运动系统机械结构、运动控制部分等方面进行优化设计。对设备优化设计前后的打印件精度进行了对比分析,相关数据表明,改进后的设备打印精度得到显著提升,相关技术内容对提升FDM 3D打印机打印精度具有实际意义。     

多喷头FDM 3D打印机的设计与研究

针对熔融挤压沉积技术的3D打印机喷头数量少、打印色彩单一问题,分析了多喷头3D打印机的整机设计方案,采用滚珠丝杠传动方式规划了打印机的多喷头结构,确保了打印机喷头间不发生干涉。通过研究各喷头坐标位置切换,设计了3D打印机多喷头的控制逻辑算法,实现了工作台在并行喷头间往复切换,并根据送入喷头的丝料颜色差异,利用计算机对其打印过程进行了仿真分析,得到了多色彩三维数据模型。     

基于ANSYS Icepak的FDM 3D高温打印机喷头散热优化研究

FDM打印中,不合理的温度场分布会导致喷头堵塞和物料供给不通畅,最终影响打印质量.针对此问题,提出了一种喷头散热优化方案,在原有喷头结构上采用风扇对喷头关键区域进行集中散热.分别对优化前后的喷头进行热力学仿真实验和打印实验,对比结果表明:优化后的喷头温度场分布有明显改善,喉管关键区域温度有明显下降,在显微镜下观察打印件结构,打印质量有显著提高.     

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

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FDM 3D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...     

3D打印砂模的结构优化设计方法研究

砂模3D打印是一种快速发展的砂模智能制造技术,能够对任意复杂形体进行几何造型。在实际应用中,砂模造型设计仍沿用传统设计思想,尚未充分发挥3D打印所带来的技术优势。由于传统砂模几何形体中存在冗余结构,直接影响打印效率,因此有必要结合3D打印技术优势对砂模结构进行设计优化,以提高生产效率、节约生产成本。在新工艺环境下,本文建立了一种砂模结构优化设计方法及其设计流程;以砂模壁厚作为优化参数,依据力学性能要求,建立了砂模结构优化设计模型;最终基于某厂铸造试验件进行了范例设计与仿真校核。优化设计后的试验件砂模在满足力学性能要求的前提下,体积优化率达到42.6%,有效提升3D打印砂模的生产效率与经济性。     

多材料LCD光固化打印装置设计及分析

针对复杂构件制造快速原型开发需求,对LCD光源光固化快速成形技术的多材料3D打印装置进行设计研究。在对两种不同技术方案分析比较的基础上,进行装置的结构创新设计和控制系统设计,开发出一种结构简单、仅需一套图形化曝光系统即可实现多材料产品打印的一体化装置。该设计提高了打印效率,简化设备结构,降低设备成本,从而满足用户对高性能和全功能定制化产品的需求。     

并联结构的3D打印系统设计与分析

设计了一种具有并联传动机构的3D打印系统,对系统的运动原理进行了分析,以及阐述了斜杆长度、斜杆夹角和水平偏差产生的原因,通过对3D打印系统加工零件精度有关的挤出倍数、喷嘴直径、分层厚度、喷嘴温度与热床温度等工作参数的分析和优化,保证加工零件的精度。采用PLA塑料作为加工材料,完成了具有燃料电池双极板的加工,通过平行流道和蛇形流道燃料电池的工作性能实验,证明了3D打印系统运行的有效性,为后续3D打印系统应用于燃料电池复杂流道的制造奠定了基础。     

基于柔性材料的双喷头3D打印技术研究

针对生物凝胶、硅橡胶等柔性材料复杂形状成型困难的问题,提出一种双喷头3D打印方法,实现模具和柔性材料的一体化成型。在深入研究FDM 3D打印原理的基础上,将FDM 3D打印机装置进行改装,设计了一套可以打印两种不同材料的双喷头3D打印装置。其中一个喷头打印PLA等工程塑料,用作支撑和模具;另一个喷头用来打印硅橡胶、生物凝胶等具有流动性和黏性的柔性材料。试验结果表明:该双喷头3D打印装置打印硅橡胶、生物凝胶等柔性材料,能够较好地完成模具和材料一体化成型的打印任务,为生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型工艺提供了有效的方法。     

多通道人工神经导管的3D打印工艺研究

提出一种静电纺丝和3D打印结合制备神经导管的新方法，其中对3D打印法制备多通道神经导管的工艺进行了研究。设计正交试验分析了3D打印参数对打印线高线宽及打印质量的影响主次关系，得到了多通道神经导管的3D打印最优参数，在最优参数下，通过静电纺丝和3D打印结合的方法制备了多通道神经导管。结果表明喷头内径0.25mm、扫描速度6mm/s和送料速比0.004为最优参数，且通过分析对线高线宽影响最大的是送料速比，其次是喷头内径，最后是扫描速度；而对均匀度影响最大的是送料速比，其次是扫描速度，喷头内径对偏差的影响最小。     

面向3D打印的码垛机械手小臂轻量化设计

针对码垛机器人的轻量化问题,设计了一种面向3D打印的码垛机械手小臂。通过SolidWorks建立机械手小臂原模型,利用ANSYS Workbench对原模型进行静力分析,并在此基础上进行机械手小臂模型的拓扑优化。在以满足机械手小臂力学性能的前提下,结合拓扑优化云图,利用Rhino Grasshopper模块进行机械手小臂中部设计区域的二次重构,设计了3种不同随机点数的镂空Voronoi结构,导入SolidWorks完成机械手小臂的模型重组。通过ANSYS Workbench对优化后的机械手小臂进行静力仿真分析,对比原模型在静力方面不仅满足使用性能要求,且降低了机械手小臂的总体质量。通过3D打印和数字化设计相结合,为机械手小臂新产品提供了一种可行的设计方案,并解决了拓扑优化后的复杂结构难加工的问题,缩短了研发周期,提高了制造效率。