熔融沉積成型FDM( Fused Deposition Modeling)是增材制造技術(shù)的一種,它是基于二維平面輪廓路徑移動(dòng)加熱噴頭,熔融態(tài)的材料逐層擠壓疊加在3D打印工作平臺(tái)上,打印結(jié)束立即形成三維實(shí)體模型,同時(shí)由于其運(yùn)行成本低、打印材料廣泛,因此FDM技術(shù)在3D 打印技術(shù)中應(yīng)用最廣泛
。同時(shí),常用的FDM-3D打印材料為環(huán)境友好的PLA材料,滿足實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的實(shí)訓(xùn)操作,與傳統(tǒng)減材制造技術(shù)比較有極大的優(yōu)勢(shì)
。
但是,因?yàn)镕DM-3D打印過程中不可避免的工藝問題,導(dǎo)致在成型過程中,當(dāng)模型成型方向與打印平臺(tái)的夾角不等于90°時(shí),在打印的層與層之間會(huì)形成“階梯誤差”
,從而影響打印產(chǎn)品的表面質(zhì)量。許多學(xué)者為此進(jìn)行了很多的研究,比如:江開勇等人,通過闡述RP技術(shù),推導(dǎo)了RP工藝中,原理性誤差計(jì)算模型,但主要推導(dǎo)的是一定曲率半徑下的計(jì)算模型,沒有對(duì)斜面模型進(jìn)行理論推導(dǎo)
;梁松松等人研究了FDM工藝參數(shù)對(duì)制件的表面質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)研究同時(shí)給出了斜面成型過程中表面質(zhì)量的計(jì)算模型
,但理論計(jì)算模型采用誤差面積作為理論模型,和常規(guī)機(jī)械加工中的表面粗糙度來評(píng)判制件表面質(zhì)量的計(jì)算模型相差較大。
為此本文引入機(jī)械加工中表面粗糙度的計(jì)算理論,結(jié)合三角函數(shù),構(gòu)建非垂直成型面3D打印誤差的計(jì)算模型,同時(shí)結(jié)合打印層厚、成型角度對(duì)FDM-3D模型表面質(zhì)量的影響進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。
熔融沉積成型以圓截面熔融態(tài)絲材為原料,通過步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)力,將原料送入噴頭中加熱融化待出,同時(shí)加熱噴頭在G-CODE的控制下,根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息,作X-Y平面運(yùn)動(dòng),同時(shí)待出的材料被擠壓出來,有選擇性的粘附在3D打印工作平臺(tái)上形成一層近似等于設(shè)定層厚的薄片輪廓。一層打印成型完成后工作臺(tái)沿著Z軸下降一個(gè)層厚高度,再進(jìn)行下一層的堆積,如此循環(huán),最終形成CAD圖紙中設(shè)計(jì)的產(chǎn)品制件,工作原理見圖 1。
如圖2所示,OA為3D打印工作水平臺(tái),OB為FDM-3D打印沉積方向,t為打印層厚參數(shù)(本次實(shí)驗(yàn)中t=0.2mm)。在FDM-3D打印過程中,AB為CAD圖紙中規(guī)劃的理想打印輪廓,受FDM-3D打印原理所限,在實(shí)際打印過程中,呈斜面建模的制件將會(huì)出現(xiàn)“階梯效應(yīng)”,致使實(shí)際打印輪廓為階梯狀,如圖2所示。將每一層的理想輪廓和實(shí)際輪廓放大,如圖3所示,設(shè)定∠oab=α;ob=t(層厚);oc為固定打印層厚下,實(shí)際3D打印輪廓距離理想輪廓的最大距離h。由三角函數(shù)可得:
=cos
(1-1)
3.1.2 實(shí)驗(yàn)材料
TFP的測(cè)量涉及不同的行為與技術(shù)假設(shè),假定規(guī)模報(bào)酬不變與希克斯技術(shù)中性。在這個(gè)基礎(chǔ)上,對(duì)方程(1)求導(dǎo),得到式(2):
為方便實(shí)驗(yàn)研究,引用表面粗糙度理論
,利用輪廓算術(shù)平均偏差Ra在一個(gè)取樣長度內(nèi),實(shí)際的3D打印輪廓上各點(diǎn)至基準(zhǔn)線的距離Z的絕對(duì)值的算術(shù)平均值來表征固定層厚,不同α角度下,F(xiàn)DM-3D打印表面的質(zhì)量,如圖4所示。
本實(shí)驗(yàn)采用的材料聚乳酸(PLA)熔點(diǎn)為155℃-185℃,密度為1.20-1.30 kg/L之間,它是一種新型的生物基及可再生生物降解材料,使用可再生的植物資源(如玉米秸稈等)提取而成。通過將提取產(chǎn)物糖化后獲得葡萄糖,再通過相應(yīng)的菌種發(fā)酵成為高純度的乳酸,最后通過化學(xué)合成為一定分子量的聚乳酸。由于其具有良好的生物可降解性,使用后能被自然界中微生物在特定條件下完全降解,最終生成二氧化碳和水,不污染環(huán)境,這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利,是公認(rèn)的環(huán)境友好材料,也是實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的主要材料。
根據(jù)理論計(jì)算模型的需要,當(dāng)打印角度為90°—180°之間時(shí),為打印角度等于0°—90°之間的逆過程,因此在本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)方案中利用百分表、平口鉗等量具、夾具研究打印角度在0°—90°之間,(打印層厚0.2mm、線材直徑1.75mm、噴頭溫度210℃、底板溫度60℃)斜面打印表面質(zhì)量的真實(shí)變化情況(每個(gè)實(shí)驗(yàn)制件底邊50mm、在斜面取樣長度上上取10個(gè)點(diǎn)計(jì)算算術(shù)平均值),并建立擬合曲線通理論計(jì)算模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,獲得誤差范圍,判斷理論計(jì)算模型的有效性,綜上具體的試驗(yàn)方案如表1所示:
(1-2)
3.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
本實(shí)驗(yàn)采用采用太爾時(shí)代生產(chǎn)的UP300型號(hào)的FDM型3D打印機(jī),如圖5所示。 UP300采用全封閉式金屬結(jié)構(gòu),機(jī)械和機(jī)架機(jī)構(gòu)穩(wěn)固,具有優(yōu)異的打印精度表現(xiàn),而且精度可校準(zhǔn)。同時(shí)針對(duì)PLA材料進(jìn)行了優(yōu)化,可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型打印。本項(xiàng)目采用噴嘴直徑為0.4mm,理論XYZ方向的打印精度分別為0.002 mm、0.002 mm、0.0005mm,滿足本次實(shí)驗(yàn)要求。
在保持打印層厚不變的情況下,當(dāng)
角度在[0-90°]之間,
隨角度的增大而減小,當(dāng)角度為臨界90°時(shí),
=0(即是此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生理想輪廓和實(shí)際打印輪廓的誤差);當(dāng)角度為臨界0°時(shí),3D打印為單層打印,
=
;當(dāng)角度為 [90°-180°]之間時(shí),為[0°-90°]變化的相似逆過程,為簡(jiǎn)化篇幅,因此不再本課題研究范圍。
2016年,我國糧食產(chǎn)量61625.0萬噸;油料產(chǎn)量3629.5萬噸;茶葉產(chǎn)量240.5萬噸;水果產(chǎn)量28351.1萬噸;牛奶產(chǎn)量3602.2萬噸;禽蛋3094.9萬噸;水產(chǎn)品總量6901.3萬噸;原鹽產(chǎn)量6620.10萬噸;精制食用植物油產(chǎn)量6907.54萬噸;成品糖產(chǎn)量1443.30萬噸;罐頭產(chǎn)量1394.86萬噸;啤酒產(chǎn)量4506.44萬千升。
孔老一昨天上路前,吃了個(gè)肚子滾圓,還洗了澡,換了身干凈的軍服,只是軍銜被剝奪了,領(lǐng)章處空蕩蕩的有些不習(xí)慣。老三被他細(xì)細(xì)擦拭干凈,抹了香油,再用油紙里三層外三層包了個(gè)嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí),最后用白布裹著,背在身后。他是戴罪之人,所以空著兩手。
如圖7所示為通過理論模型計(jì)算獲得的打印斜坡角度從0°到90°之間,理論H值的變化情況,從圖中可以看出,在斜坡角為0°時(shí),打印表面不會(huì)出現(xiàn)斜坡,因此此時(shí)的理論H值為3D打印機(jī)設(shè)定的打印層厚參數(shù)0.2mm,隨著打印斜坡角度的增大,斜坡逐漸陡峭,理論H值不斷減少,從10°打印斜坡角的0.197mm下降到80°打印斜坡角的0.034mm。當(dāng)斜坡角度等于90°時(shí),理論H值等于0mm,此時(shí)打印輪廓應(yīng)當(dāng)和CAD設(shè)計(jì)輪廓重合,不會(huì)出現(xiàn)截圖誤差。
第三種意見認(rèn)為,雇主責(zé)任與第三人承擔(dān)的是不真正連帶責(zé)任。如判決孫某某承擔(dān)全部損害賠償責(zé)任,孫某某承擔(dān)全部損害賠償責(zé)任后,向第三人追償時(shí),第三人將承擔(dān)交通事故的全部責(zé)任。而交警部門認(rèn)定第三人負(fù)事故的主要責(zé)任而非全部責(zé)任,這樣的判決,對(duì)于第三人顯失公平,應(yīng)根據(jù)第三人與受害人鄒某某的責(zé)任比例,判決雇主應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。
李瑞東弟子眾多,除去三子二女不提,弟子中功夫最佳者為李伯英、項(xiàng)潤田、李子廉、張?zhí)稀⒗钸M(jìn)修等人。其中李子廉曾經(jīng)在天津東北軍萬福麟部任教,其弟子有一人名叫郝銘,為京劇大師郝壽辰的胞弟,曾經(jīng)任天津懷才學(xué)校校長,后在南開大學(xué)工作。1936年中國代表團(tuán)出席柏林奧運(yùn)會(huì),其中國術(shù)表演隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)就是郝銘先生。
通過利用數(shù)控銑床平口鉗作為夾緊裝置,百分表為檢測(cè)量具,通過矯正后的銑床設(shè)備,在增量首輪方式下,讓百分表表針沿著斜坡表面移動(dòng),如圖8所示。同時(shí)在單位測(cè)試長度內(nèi),選取10個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù),并根據(jù)表面粗糙度理論計(jì)算算術(shù)平均值,獲得該斜坡表面的表面粗糙度實(shí)驗(yàn)值(Ra)如下表2所示:
從表2中可以看到:隨著打印斜坡角度的增大,打印制件表面粗糙度Ra值在不斷減小,從10°的0.185mm減少到90°的0.068mm,特別在當(dāng)打印斜坡角度大于等于70°的時(shí)候,打印制件的表面粗糙度Ra值變化不大,整體相差在0.004mm左右。最后,當(dāng)打印斜坡角度等于90度時(shí),理論H值為0mm,但通過實(shí)際測(cè)試該打印制件的表面粗糙度Ra值等于0.068mm,和理論模型計(jì)算誤差較大。
如下表3所示,隨著斜坡角在10°到90°之間線性變化,|H-Ra|值的變化在0.006mm到0.069mm之間,當(dāng)斜坡角等于90°時(shí),|H-Ra|的值最大,達(dá)到了0.069mm,計(jì)算的H值有很大的差距。在所有的實(shí)驗(yàn)測(cè)定的斜坡角中,|H-Ra|的平均值為0.0225mm,若排除斜坡角等于90°的情況,|H-Ra|的平均值等于0.016mm。當(dāng)斜坡角度等于30°時(shí),|H-Ra|的值最小為0.005mm。
(1)根據(jù)|H-Ra|的變化情況可以看出,將機(jī)械加工中對(duì)表面粗糙度的計(jì)算理論引入FDM-3D打印斜坡制件中研究表面質(zhì)量的方式是可行的,并且能滿足實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)誤差算術(shù)平均值在0.016mm。
(2)當(dāng)斜坡角度為0°時(shí),模型為平面,此時(shí)Ra等于3D打印設(shè)定層厚值。
1)全數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)特點(diǎn)。在大數(shù)據(jù)理念下,系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)支持課題項(xiàng)目的全數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ),平臺(tái)上數(shù)據(jù)采集既要包括機(jī)構(gòu)化數(shù)據(jù),也要包括以文本、關(guān)鍵詞等為代表的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。由于教改項(xiàng)目管理非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)較多且較難分析,而往往這些數(shù)據(jù)隱含更多的重要信息,因此要著重有利于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析的系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì),以全數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、分析為特征。
(3)當(dāng)斜坡角度等于90°時(shí),該理論計(jì)算模型失效,主要原因是余弦值理論值趨近于等于0,但在FDM-3D打印工藝中,由于層高在Z方向堆積,因此不可避免的會(huì)產(chǎn)生層間的擠壓波紋,同時(shí)受到其他工藝參數(shù)和網(wǎng)格計(jì)算的影響,F(xiàn)DM-3D打印過程中,斜坡表面質(zhì)量只能逼近減材加工工藝。
(4)在斜坡角為10°—80°之間,通過數(shù)值分析,擬合出斜坡角度和|H-Ra|的變化規(guī)律:Y(|H-Ra|)=3E-09X
-7E-07X
+6E-05X
-0.0022X
+ 0.0344X-0.1664 (R
=0.8906);該函數(shù)可以預(yù)測(cè)其他未實(shí)驗(yàn)的斜坡角度下|H-Ra|的數(shù)值大小,或者在規(guī)定的|H-Ra|值下,去尋求合適的打印制件的斜坡角,保證FDM-3D打印制件的表面質(zhì)量。
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