基于挤出技术的多材料增材制造系统的研究

摘要

增材制造技术通过将材料分层堆叠实现零件的加工，是一种综合多学科的先进制造技术。但目前增材制造主要用于加工单材料零件，不能实现多材料零件的加工。近年来随着科学技术的发展，传统的单材料零件已经不能满足复杂性和柔性要求，因此需要发展多材料增材制造技术。本文对多材料增材制造装备系统展开了研究，主要的研究工作和成果如下：
　　提出了一种面向增材制造的多材料零件表示方法。通过向空间区域引入材料索引和材料分布函数描述材料属性，并在引入材料属性过程中，加入颜色信息增强模型的可视性。针对多材料模型提出了一种MMS文件格式进行保存，对该文件格式进行了详细说明。实例仿真表明，该多材料零件表示方法和文件格式可有效描述多材料模型的几何属性和材料属性，切片处理获得的层面能够准确继承模型的材料信息从而应用于增材制造。
　　提出了一种基于挤出技术的多材料增材制造系统。在此基础上，对设备的机械系统进行设计，针对现有挤出喷头装置的不足，提出一种微型螺杆挤出喷头结构，成功开发出实验样机。通过对国内外数控系统进行研究和分析，设计了控制系统并实现硬件连接。
　　开发了具有自主知识产权的软件系统，将软件系统分为数据处理模块和加工控制模块。数据处理模块中设计了多材料模型和切片数据的数据结构，介绍了数据处理中的三个关键技术：文件读入、分层处理和扫描路径生成，并在软件上实现。加工控制模块中实现了工作过程中的喷头切换处理，对扫描速度和挤出速度进行了合理规划。软件运行实例表明，设备的硬件系统和软件系统实现了预定设计的功能。

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1 绪论

1.1 增材制造技术简介

1.2 多材料增材制造技术的发展现状

1.3 论文的主要研究内容

2 面向增材制造的多材料零件表示方法

2.1 多材料零件表示方法

2.2 面向多材料增材制造的文件格式

2.3 实例仿真

2.4 本章小结

3 多材料增材制造装备的硬件系统设计

3.1 基于挤出技术的多材料增材制造研究

3.2 机械系统设计

3.3 控制系统设计

3.4 本章小结

4 多材料增材制造装备的软件系统设计

4.1 软件系统的总体结构

4.2 数据处理模块

4.3 加工控制模块

4.4 软件系统应用实例分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文