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1、华中科技大学 硕士学位论文 FDM送丝机构的研究与设计 姓名：汪甜田 申请学位级别：硕士 专业：数字化材料成形 指导教师：蔡道生 20070501 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 F D M 成形时送丝机构的设计对成形速度和质量有很大影响， 驱动力不够的原因极 大的限制了 F D M 成形的成形速度、制件精度以及成形材料的选择范围。 本文从理论上分析了影响送丝机构驱动力的几个因素，总结出一些基本的影响 规律, 给出了普通凹轮，V 型轮，弹簧压紧机构等各种驱动结构下驱动力的计算公式， 并详细分析了各种机构对驱动力的影响方式。提出了一种履带式送丝机构的设想。 文章还对影
2、响驱动力的其他因素如喷头流道内的阻力，电机的性能，送丝速度，送 丝距离等因素做了深入的分析，总结了其对送丝驱动力的影响行为。 文章还依据这些影响规律设计了一种高效的送丝驱动机构，对此机构的设计理 念和设计内容进行了的介绍，并对其所能提供的驱动力进行了详细的计算和论证， 结果显示在驱动电机效率相当的情况下，新型送丝机构将提供现有机构 4倍以上的 有效驱动力。新机构还能实现驱动轮对丝材的正压力可控, 降低了驱动机构的内耗。 在实际运用过程中，文章对原有机构进行了三方面的改进：将送丝轮压花，减 小送丝距离，选择更大额定转矩和减速比的电机。改进后基本上解决了送丝驱动力 不足的缺陷。 文章最后对比了改进
3、后的送丝机构与原有机构的实际成形性能，并对比分析了 新型机构的性能，预测了新型机构将极大的提高 F D M成形的成行速度和成形精度， 而成形材料的选择范围也更加广范，并指出了设计方案的实现还有待改进的地方。 关键词: 快速成型 熔融沉积成型 驱动力 送丝机构 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract D u r i n g F D M m o l d i n g ，T h e d r i v i n g f o r c e o f t h e w i r e f e e d i n g d e v i c e h a s a g r e a t c o n t r
4、 i b u t i o n t o t h e m o l d i n g s p e e d ，a s w e l l a s t h e q u a l i t y o f p r o d u c t s . I n s u f f i c i e n t d r i v i n g f o r c e w i l l g r e a t l y l i m i t t h e m o l d i n g s p e e d ，t h e a c c u r a c y o f p r o d u c t ，a n d t h e m a t e r i a l t h a t c a
5、n b e c h o s e n . B a s e d o n t h e s t u d y o f s e v e r a l i n f l u e n c i n g f a c t o r s t o t h e d r i v i n g f o r c e ， a f e w r u l e s g e n e r a l i z e d , c a l c u l a t e f o r m u l a s o f d i f f e r e n t d r i v i n g f o r c e s b e l o n g t o d i f f e r e n t k
6、i n d s o f f e e d e r ，i n c l u d i n g c o m m o n w h e e l ，V - w h e e l ，s p r i n g a d j u s t e r e t c h a d g i v e n o u t s u b s e q u e n t l y W a y s o f d i f f e r e n t k i n d s o f f e e d e r d o t o t h e d r i v i n g f o r c e h a s b e e n a n a l y z e d m e t i c u l o
7、 u s l y . A d v a n c e d a f e e d e r b a s e d o n c r a w l e r b e l t . O t h e r f a c t o r s t o d r i v i n g f o r c e w e r e a n a l y z e d t o o ， s u c h a s t h e r e s i s t a n c e p r e s s u r e i n t h e f l o w p a s s a g e o f t h e n o z z l e ，t h e c a p a b i l i t y o
8、f e l e c t r i c e n g i n e ，t h e s p e e d a n d d i s t a n c e o f p o l y m e r f e e d i n g ， e f f e c t b e h a v i o r h a s s u m m i n g - u p . A n e w h i g h l y a c t i v e f e e d e r d e s i g n e d a f t e r t h e r e s e a r c h T h e c o n c e p t u a l a n d c o n t e n t f u
9、 l l y e x p l a i n e d ，t h e d r i v i n g f o r c e h a s b e e n s t u d i e d a n d c a l c u l a t e d p a r t i c u l a r l y . R e s u l t s h o w s t h a t n e w f e e d e r c a n s u p p l y a d r i v i n g f o r c e m o r e t h a n f o u r t i m e s c o m p a r e t o c u r r e n t f e e
10、d e r b e s i d e t h a t ，n e w f e e d e r m a k e t h e p r e s s u r e b e t w e e n t h e d r i v i n g w h e e l a n d p o l y m e r c o n t r o l l a b l e , r e d u c e d t h e i n n e r f r i c t i o n o f f e e d e r . T h r e e i m p r o v e m e n t d o n e i n p r a c t i c a l a p p l i
11、 c a t i o n ，i n c l u d i n g e m b o s s t h e d r i v i n g w h e e l ， s h o r t e n i n g t h e f e e d i n g d i s t a n c e ， c h o o s i n g e l e c t r i c e n g i n e w h i c h h a v e h i g h e r r e d u c t i o n r a t i o a n d r a t e d t o r q u e . B a s e d o n t h e c o m p a r e
12、a n d a n a l y s i s o n t h e p e r f o r m a n c e b e t w e e n f e e d e r s i m p r o v e d a n d b e f o r e ，f o r e c a s t e d t h a t t h e h i g h l y a c t i v e f e e d e r d e s i g n e d w i l l 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III i n c r e a s e m o l d i n g s p e e d ，a s w e l l a s t h
13、e q u a l i t y ，a n d w i l l h a v e m o r e c h o s e n o n m a t e r i a l a s w e l l . Key word: Rapid prototyping Fused deposition modeling Driving force feeder 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 近 我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究 成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本
14、声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权数。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论 1
15、.1 引言 随着社会需求的增长和科学技术的发展，产品生产与销售的竞争愈来愈激烈， 各种产品更新的周期越来越短，要求设计者不但能根据市场的要求很快地拿出样品、 进行必要的性能测试，以便征求客户的意见，进行修改，最后形成能投放市场的定 型产品。产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。现今社会还需要制造业有较强 的灵活性，既能满足日益变化的用户需求 1 ，又能够以小批量甚至单件生产而不增加 产品的成本。总体来看，这就要求制造业进行新的技术革命，并且不断取得新的进 展和突破，以适应市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、 高质量、低成本的方向发展。用传统方法制作样品时，需要采用多种机械加
16、工机床， 以及工具和模具，还要有高水平的技术工人，既费时，成本又高，周期往往长达几 星期、甚至几个月，不能适应日新月异的变化。在计算机的发展引起许多行业发生 重大变化的同时，它对机械制造业也产生着重大的影响。快速成形技术就是在这样 的社会背景下产生与发展的 2 3 。 快速成形技术，也称为快速原型技术（R a p i d P r o t o t y p i n g T e c h n o l o g y ）或 R P 技术，涉及 C A D 技术、数据处理（或反求）技术、数控技术、测试传感技术、激光 技术、高分子材料等多种机械电子技术，材料技术和计算机软件技术，是各种高科 技技术的有机综合、交叉应用 4 5 。因此，各种相关技术的迅速发展是 R P 技术得以 产生的重要技术背景。 R
