论文部分内容阅读
3D打印技术能够制造复杂结构产品，缩短产品研发周期，近年来3D打印技术得到迅速发展。但是熔融堆积成型（FDM）技术也不是完美的，FDM成型件在成型过程中产生的形变以及内部应力问题影响FDM成型件的性能和精度，限制了FDM成型件的使用范围。本文旨在研究FDM的内部应变情况并且对内部应力进行分析，提出一种监测FDM成型件内部应变的方法。本文主要工作内容与结论如下： （1）通过生死单元技术模拟FDM成型过程中材料从高温熔融态逐步冷凝的堆积过程。通过对温度场的具体模拟，使用热力耦合的方法，得到了成型过程中试件内部温度变化过程和分布规律以及翘曲现象发生的规律，并计算出成型过程中试件变形情况。为进一步监测成型过程中的应力应变提供参考。 （2）设计新的试件内应力检测方法，验证了在成型过程中将光纤光栅埋入试件内部实现对FDM成型试件内部应变的测量方法的可行性。通过拉力实验发现试件表面应变大于内部应变，温度实验后试件出现了向试件远离热床方向弯曲现象，说明试件内部存在内部应力且与成型过程方向有关。 （3）对PLA材料试件和ABS材料试件成型过程中的内部应变进行监测，分析试件在成型过程中的内部应变情况。在试件内部同一平面内埋入多根光栅，通过对比多根光栅中心波长在成型过程中的变化情况分析在同一平面上内部应力的分布情况。在成型过程中，试件宽度方向上侧边位置应变始终大于中间位置应变，说明在同一平面内部应力由中间向两侧递减。 （4）由于ABS材料在成型过程中易发生翘曲现象，控制成型过程中3D打印机内部环境温度，发现翘曲现象与环境温度有关。提高成型环境温度降低了熔融态材料冷凝速度，减小了在成型过程中成型层面之间温差，从而减小了层与层之间收缩趋势差异，最终减小了试件的内部应力。 （5）在实验中对比翘曲位置与中心位置的应变发现中心位置内部应力大于翘曲位置。通过拉伸实验证明环境温度以及打印喷头温度对试件的机械性能有影响。