拓扑减重优化与LED-LC面成型工艺研究

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目前优化设计方法多数是建立在传统制造工艺基础上,严重制约了产品结构设计能力发挥,未能利用增材制造技术所提供的新型设计空间,使得零部件的结构性能无法得到充分释放。本文为更好的发挥增材制造的加工优势,及探索与拓扑优化设计相结合的技术,对传统结构件进行拓扑优化设计,使其重量更轻性能更强,更容易被制造。使用增材制造技术中LED(Light Emitting Diode)-LC(Liquid Crystal)面成型光固化技术为制造基础,首先对拓扑优化方法和光固化反应原理,及在光固化成型过程中的精度问题进行分析,为后文结构件的拓扑优化、材料制备、工艺优化提供理论基础。以下摆臂和铰链力臂为具体研究对象,结合有限元分析技术,对初始结构进行静动态性能分析,设置设计空间和非设计空间,利用带惩罚模型的变密度法对其进行拓扑优化,依据优化结果进行二次建模,再把最终设计结构重新进行静动态性能分析,并与初始结构进行对比。对优化后结构打印成型所需的材料进行制备,分析常见的低聚物、活性稀释剂、光引发剂,并通过不同配比的低聚物和光引发剂对光敏树脂性能的影响,最终获得合适配方。在光固化成型过程中,采用单因素分析方法探讨分层厚度、回合等待时间、曝光时间对成型件Z向尺寸精度的影响规律。通过正交实验,研究多种工艺参数耦合对成型件的影响,以Z向尺寸精度为评价指标,求出最佳工艺参数。最后利用该工艺参数及光敏树脂对优化后的结构模型成功打印,验证拓扑优化结合LED面成型光固化制造技术对于复杂结构设计及成型的可行性,后期可用此光敏树脂成型件与铸造工艺相结合解决优化后结构复杂难以加工制造的问题。
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