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FDM 3D打印尺寸误差及其工艺补偿方法浅析(一)

0 引言

        2002年美国就已制造出能打印金属零件的3D打印机且使用激光打印的钛合金零件的F-35战机已进行了试飞 。国内3D打印技术水平发展迅速但是大多处于研发阶段,做出来的成机质量也低于欧美国家,但3D打印技术得到我国极大的重视,以西安交通大学、华中科技大学、清华大学等为首的团体在研究研发中也取得了极大地进步 。

        由于成型机理和成型材料等诸多方面的限制,目前通过3D打印技术制造的零件精度和强度相对于传统金属切削加工而言仍有差距 。特别的,对于熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)等特定类型的3D打印技术及设备,由于其打印零件的精度受到打印材料、熔融温度、冷却速度等多种因素的综合影响,其工艺技术研究具有显著的现实意义和应用价值 引。本文针对熔融沉积成型3D打印零件由于打印材料状态波动而产生的尺寸误差,并对FDM类型3D打印工艺进行了技术性研究,提出了相应的技术应用建议,为进一步提高3D打印零件的精度提供技术支持。

1、3D打印机选用
        FDM是目前技术比较成熟的3D打印类型,具有打印设备成本低、打印设备和材料成本低、打印过程无污染等优点,故选用FDM3D打印机进行打印尺寸误差及其工艺补偿方法实验研究。FDM3D打印机打印工作流程如图1所示。
 
FDM3D打印工作流程
2、3D打印螺纹连接件实例
2.1 螺纹连接件
        通过实验打印 =6mm的螺栓和螺母各50枚,分别测量了螺栓螺母配合的尺寸误差以及螺栓螺纹和光杆部分的误差。
3D打印螺柱和螺母实体
2.2 数据记录
(1)3D打印螺栓螺纹数据记录
        测量工具:数显游标卡尺。打印温度:220~C;打印速度:40mm/s;打印层厚:0.4mm;喷嘴直径:0.2mm。
 
螺栓螺纹数据记录
 
        计算螺栓螺纹尺寸的算术平均值为:5.4508 mm;标准方差为:0.05653。
 
螺栓螺纹尺寸分散

(2)3D打印螺母数据记录
螺母数据记录
螺母尺寸的算术平均值为:5.4170 mm;标准方差为:0.05452。
螺母尺寸分散

(3)3D打印螺栓光杆数据记录
螺栓光杆数据记录
螺栓光杆尺寸算术平均值为:5.5848 mm;标准方差为:0.05489。
螺栓光杆尺寸分散

        未完待续;
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