基于FDM的低熔点金属牙模制备方法研究

摘要

3D打印技术经过近几年的发展已经越来越多的被应用到生产制造领域，3D打印技术以“增材制造”技术为原理，突破了传统制造技术的许多限制，在复杂零件、快速模具制作、创新设计等方面有着传统制造技术方法无法比拟的优势，尤其在模具开发与快速模具制作方面得到了广泛应用。
　　熔融沉积快速成型技术（FDM）作为最基础的3D打印技术，目前已得到广泛应用，FDM成型技术可以将三维几何模型快速、准确的转化为具有一定功能的原型件。本课题以 FDM成型技术为基础，并以低熔点金属材料为打印材料，制作具有一定精度且可用于熔模铸造的低熔点金属牙齿模型。重点对低熔点金属材料打印方法、成型过程中丝材的受力分析、喷头温度场分布情况、喷头出口压强分布情况、低熔点金属牙模制备方案和牙模成型质量进行了相关分析与研究。
　　本文首先从理论上分析了FDM成型技术的供丝与出丝过程，在此基础上对打印过程中丝材的受力情况进行了理论分析，得出进给力与挤出阻力的数学模型；同时分析了温度对丝材受力情况的影响机理，得出有温度场影响时进给力与挤出阻力的数学模型。并通过ANSYS Workbench有限元分析软件对打印过程中喷头温度场分布情况、喷头出口处压强分布情况做了仿真研究，计算得到具体的进给力与挤出阻力。通过相关分析与计算，得出低熔点金属材料打印温度的确立方法。
　　其次，对几何模型格式转换误差、分层误差、成型系统误差、材料收缩率导致的误差、喷头部分导致的误差以及后处理误差等因素的形成机制与相关计算方法进行了分析，并提出通过减小STL弦高及分层厚度、选用低收缩率丝材、合理选择喷头温度以及合理匹配出丝速度与填充速度等来提高牙模成型质量。
　　最后，对打印过程中的重点参数设置方案进行了相关分析，主要包括分层厚度的设置、打印温度的设置、挤出速度与填充速度的设置以及轮廓补偿设置等。通过三维设计软件建立牙齿模型并进行分层处理，最终以低熔点金属丝材为打印材料，通过FDM成型技术制得低熔点金属牙齿模型，并对不同打印温度与分层厚度下的成型质量进行了对比分析和评价。

目录

声明

插图索引

附表索引

第1章 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 熔融沉积成型技术（FDM）及其特点

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基于FDM的低熔点金属打印方法研究

2.1 引言

2.2 熔融沉积成型技术（FDM）材料适用性分析

2.3 FDM技术送丝出丝过程分析

2.4 本章小结

第3章 喷头温度对FDM成型过程的影响分析

3.1 引言

3.2 熔融沉积（FDM）打印喷头基本概念

3.3 喷头温度对进给力和挤出阻力的影响分析

3.4 本章总结

第4章 基于ANSYS的FDM喷头温度有限元分析

4.1 引言

4.2 FDM喷头温度控制要求

4.3 FDM喷头温度场有限元分析

4.4 FDM喷头挤出阻力有限元分析

4.5 本章总结

第5章 基于FDM的低熔点金属牙模制备

5.1 引言

5.2 FDM成型参数设置与分析

5.3 低熔点金属牙模制备及成型质量分析

5.4 本章总结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文