基于FDM的可制造性评价及设计优化研究

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增材制造作为一种新型的制造技术,能够制造传统减材制造无法制造的复杂几何结构产品,但由于其表面成型质量精度还无法与传统的减材制造相提并论,因此还没有实现广泛应用。为了提高增材制造的表面成型质量,本文研究了针对表面成型质量的熔融沉积成型的可制造性评价及设计优化,而熔融沉积成型作为一种典型的增材制造技术,其可制造性的相关研究对其他增材制造技术的可制造性研究有很重要的借鉴意义。本课题通过不同成型表面的几何关系来计算表面成型质量的评价指标,建立FDM制件的可制造性综合评价方法,提出通过调整工艺参数和结构优化设计两个途径来提升FDM制件的表面成型质量,最后通过实例来验证理论的可行性。主要内容如下:(1)成型表面质量精度评价指标的研究。确定FDM表面成型质量的评价指标,根据不同成型表面的成型误差的形成机理,建立成型表面的几何结构模型,根据不同成型表面的几何关系推导各成型表面的评价指标计算公式,主要是圆形特征的圆度和成型支撑面的表面粗糙度,成型支撑面的表面粗糙度分为成型斜支撑面和成型平支撑面两类去分析计算。(2)可制造性综合评价方法的构建。基于制造资源的工艺参数范围,通过各评价指标的计算公式,确定制造设备的可制造空间;通过设计要求和可制造空间的综合对比,对评价可能出现的三种情况分别进行了说明。(3)工艺参数优化和结构优化设计的研究。根据各评价指标的计算原理和误差产生原理,分析工艺参数与各评价指标制件的关系;提出结构优化的具体措施,以在设计阶段就避免制造过程中可能出现的误差。(4)设计可制造性评价和工艺参数和结构优化实验。设计三组实验,分别对可制造评价中可能出现的三种情况进行说明验证,验证可制造性评价方法的可行性,以及工艺参数调整和结构优化的有效性。
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