熔融沉积快速成型技术是近年来应用最广泛的一种增材制造技术,能实现CAD模型到实物的快速制作,满足当代社会对制造业的高效率要求和个性化需求,在各行业发挥了重要作用,已得到广泛应用。熔融沉积成型技术是丝材逐层堆积的过程,丝材堆积的先后顺序使成型件产生温度差,因各部分冷却收缩不均匀而产生内应力,容易造成成型件应力集中、翘曲变形、粘接不牢的缺陷。因此,为提高成型件的精度,本文首先分析翘曲变形的成因并建立了翘曲模型,再借助ANSYS软件模拟成型过程中成型件的温度场和应力场,在设备优化的基础上结合成型试验寻求最优的工艺参数组合。本文主要研究内容和采用的方法是:(1)根据熔融沉积成型出现的制件精度缺陷问题,首先总结了目前国内外为提高成型件的精度问题,在对精度有重要影响的成型设备精度、成型材料性能和工艺参数设置方面的研究发展现状,通过分析在研究中出现的问题,确定了采用有限元分析和在优化设备基础上进行成型试验的研究方法,达到提高型腔类成型件精度的目的。(2)分析了熔融沉积的工艺原理和成型过程,通过合理的简化假设,建立了熔融沉积成型件翘曲变形的理论模型;分析确立了合理的扫描填充轨迹,采用有限元软件ANSYS的热分析模拟成型件的温度场和应力场,介绍所应用的单元生死技术、相变潜热处理和热-结构耦合等内容,为模拟数值分析提供了理论基础。(3)针对均匀壁厚成型件,在柱坐标下借助ANSYS的APDL命令流编写温度场仿真程序,用单元生死技术仿真同轴偏置式加工过程,通过改变不同的参数值,探究当分层厚度、成型室温度、扫描速度值分别改变时成型件的温度云图分布情况及对温度场的影响规律。(4)针对三个工艺参数进行正交模拟试验,利用间接顺序耦合的方法,将温度场的模拟数据结果施加到成型件上进行应力场的数值模拟,得到各参数组合下的最大翘曲变形值,并借助SPSS统计软件进行统计分析,由极差图、方差等分析得出最优参数组合值。(5)为满足实验条件进行设备的优化改造,根据模拟优化分析的区间进行成型试验,测量结果与模拟结果规律基本一致,并求解了各因素与翘曲变形的回归方程,为提高成型件的精度提供了理论依据与实践经验。