增材制造報(bào)告-上傳

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1、增材制造報(bào)告西北工業(yè)大學(xué)一、實(shí)驗(yàn)背景3D打印技術(shù)也稱增材制造技術(shù)，加工過程中打印材料通過打印機(jī)噴嘴擠出，逐層累積、疊加，進(jìn)而完成整個(gè)制造過程。其具有高效率、低成本、能夠加工形狀復(fù)雜的制件、無加工廢料等特點(diǎn)，為零件的加工制造提供了一種新方法。近年來，3D打印技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用成為研究重點(diǎn)，但由于其逐層疊加的加工方式，層與層之間的結(jié)合是通過固體物料和熔融物料相互粘接來實(shí)現(xiàn)，由此導(dǎo)致了試樣打印表面品質(zhì)較差問題的同時(shí)，也導(dǎo)致了試樣力學(xué)性能相對(duì)較低，這成為限制其在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。提高打印制品的力學(xué)性能和打印精度是3D打

2、印技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯?D打印關(guān)鍵工藝參數(shù)（填充密度、打印層高、打印壁厚和打印溫度等等）及試件結(jié)構(gòu)對(duì)聚乳酸（PLA）試樣剪切強(qiáng)度的影響。三、試件制作參數(shù)首先，利用Solidworks軟件設(shè)計(jì)試樣的3D模型，保存為STL格式；其次，把STL文件導(dǎo)入Cura軟件中，導(dǎo)出gcode格式文件放入打印機(jī)中便可以打印。白色試件的打印參數(shù)為Cura軟件上顯示的，紅色試件打印參數(shù)為雷老師提供的。白色試件設(shè)定的參數(shù)為：品質(zhì)層高出絲寬度側(cè)絲圈數(shù)送料倍率0.20.43100填充頂部層數(shù)底部層數(shù)填充密度2215%速度&溫度打

3、印速度（mm/s）噴頭溫度熱床溫度（℃）關(guān)閉熱床層數(shù)4021545100支撐&成型支撐角度支撐密度工作臺(tái)附著方式成型方向2015網(wǎng)格沿側(cè)面向上紅色試件參數(shù)為：打印溫度（℃）沉積角度填充密度成型方向20090°/0°100%沿軸線向上四、簡(jiǎn)支梁的力學(xué)分析試件長(zhǎng)100mm,重10g，材料為聚乳酸PLA，分別在試件10mm，90mm處放置支撐，在試件中心施加負(fù)載，下圖是在材料力學(xué)分析軟件上關(guān)于剪力與彎矩的分析圖，依據(jù)此剪力圖與彎矩圖，設(shè)計(jì)試件形狀。（圖中施加的力大小為30N）五、solidworks建模與仿真根據(jù)彎矩圖的形狀，

4、我們的試件也設(shè)計(jì)成中間厚，往兩端方向逐漸減薄，同時(shí)為了方便兩個(gè)方向的測(cè)試，我們?cè)O(shè)計(jì)成了軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使其兩個(gè)方向的慣性矩相同。以下為設(shè)計(jì)圖與受力仿真圖。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖受力仿真圖圖中顏色代表應(yīng)力大小，觀察圖中仿真結(jié)果，顏色分布基本均勻，沒有應(yīng)力集中或突變的地方，所以此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較為合理。其中仿真中的材料參數(shù)根據(jù)下面PLA材料參數(shù)表設(shè)計(jì)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析試件斷裂結(jié)果如下圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果白色試件紅色試件應(yīng)力大小2.4Mpa12.8Mpa以上兩個(gè)應(yīng)力都為切應(yīng)力，可以看出，兩個(gè)試件的數(shù)據(jù)差異較大。對(duì)比兩個(gè)試件的打印參數(shù)進(jìn)行分析，首先是填充

5、密度，白色試件的填充密度為15%，紅色試件的填充密度為100%。填充密度是指線料在打印試樣外形結(jié)構(gòu)內(nèi)填充的密實(shí)程度。填充密度為100%時(shí)為完全填充，此時(shí)打印試樣為完全密實(shí)的實(shí)體；填充密度為零時(shí)為無填充，此時(shí)打印試樣為內(nèi)部無填充的殼體；填充密度在0~100%之間時(shí)，打印試樣內(nèi)部形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。很顯然，在兩個(gè)試件的打印溫度大致相同的情況下，密度大的紅色試件承受的切應(yīng)力也較大。經(jīng)查閱資料可知為使ＰＬＡ物料熔融充分，打印溫度需要設(shè)定在190℃以上，打印溫度為210℃時(shí)，試樣的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，打印溫度為220℃時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)

6、到最大。兩個(gè)試件的打印溫度分別為210度與200度，溫度導(dǎo)致的差異不明顯。其二是打印成型方向，白色試件是沿側(cè)面向上成型，紅色試件是沿軸線向上成型，這也是造成差異的原因。七、與其他小組的結(jié)果對(duì)比下圖中從上到下的紅色順序即為組號(hào)順序第一組第二組第三組第四組白色試件（Mpa）5.42.44.06.7紅色試件（Mpa）4.112.89.38.1除了第一組外，其余組的紅色試件的切應(yīng)力大小都大于白色試件的，我們組為第二組，數(shù)據(jù)也比較有趣，紅色試件的切應(yīng)力大小都較大于其他組的，而白色試件都較小于其他小組的。八、總結(jié)通過此次的實(shí)驗(yàn)課程，

7、我們了解了3D打印技術(shù)，學(xué)習(xí)了其產(chǎn)品成型過程，其打印參數(shù)如打印溫度、填充密度等對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，讓我們?cè)谄綍r(shí)接觸3D打印產(chǎn)品時(shí)不再是一問三不知，能夠有一定的了解。隨著時(shí)代的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)商品的需求逐漸趨向多樣化、個(gè)性化和碎片化，全球制造業(yè)孕育著制造技術(shù)體系、制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價(jià)值鏈的巨大變革，3D打印作為一項(xiàng)新型的數(shù)字化制造技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。3D打印技術(shù)直接由數(shù)字驅(qū)動(dòng)，不受形狀復(fù)雜程度的限制，是采用材料逐層累加方法制造實(shí)體零件的工藝方法，由點(diǎn)到面到體進(jìn)行成型，它可以解決傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的宏

8、、微結(jié)構(gòu)一體化制造問題，大大提高了制造復(fù)雜零件的能力，它讓設(shè)計(jì)變得更加豐富多彩、魅力無窮。