FDM型3D打印机用PLA线材激光熔接机设计

论文摘要

FDM型3D打印是一种快速成型制造技术,由于其成型速度快、成本低、成型过程无污染,适合办公环境使用等优点,已被广泛地应用于工业制造的各个领域。本文针对FDM型3D打印机在打印过程出现的线材接续问题,以PLA线材为例,研发了一台线材激光熔接机,该装置适用于材料种类和颜色相同或相近,同径线材的焊接,以满足快速成型的需要。首先,针对线材熔接所存在的对接装夹技术难点,提出了采用玻璃半轴装配来保证对接接头定位精度的方法,同时采用ANSYS软件对线材激光焊接的温度场进行有限元分析,获取了接头对接定位参数与激光焊接设计参数。然后,根据非接触式激光透射焊接原理,提出了熔接机的总体设计方案,通过对熔接机的功能分析,确定了夹具子系统、进给子系统、光路子系统、控制子系统和机架子系统等5个子系统,并最终确定熔接机的基本设计参数。在上述研究的基础上,对夹具子系统、进给子系统、机架子系统部分进行结构的详细设计,提出了光路子系统和控制子系统的设计方案,完成了激光发生器、单片机开发板、红外测温传感器、触摸屏等关键元器件的选型。最后,运用PLA线材激光熔接原理样机进行正交试验,结果表明焊接时间是影响PLA线材焊接强度的第一因素,其次是焊接功率,同时验证了激光熔接是一种可行的、效果较为理想的PLA塑料线材焊接方法。

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摘要

ABSTRACT

注释表

第一章绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 研究目的

1.4 研究现状

1.4.1 塑料焊接工艺研究现状

1.4.2 设备研发现状

1.5 研究意义

1.6 研究内容

1.7 本章小结

第二章熔接机焊接工艺

2.1 设计背景与技术难点

2.1.1 设计背景

2.1.2 技术难点

2.1.3 技术难点的解决途径

2.2 激光焊接理论

2.2.1 激光焊接基本原理

2.2.2 激光透射焊接方法

2.2.3 激光透射焊接工艺参数

2.3 激光透射焊接温度场模拟

2.3.1 ANSYS简介

2.3.2 温度场模型的建立

2.4 本章小结

第三章熔接机的总体方案设计

3.1 熔接机总体系统设计分析

3.1.1 焊接功能需求分析

3.1.2 工艺过程

3.1.3 子系统设计

3.2 熔接机系统设计方案

3.3 熔接机主要参数的确定

3.4 本章小结

第四章熔接机功能设计

4.1 夹具子系统设计

4.1.1 夹具子系统结构设计

4.1.2 夹具子系统电机选型

4.2 进给子系统设计

4.2.1 进给子系统结构设计

4.2.2 回转机构步进电机选型

4.2.3 激光头固定架优化设计

4.3 光路子系统设计

4.3.1 激光发生器的选型

4.3.2 激光发生器的聚焦镜片选型

4.4 机架子系统设计

4.4.1 机架结构设计

4.4.2 电箱结构设计

4.5 控制子系统

4.5.1 控制功能实现方案设计

4.5.2 温度反馈激光控制系统原理

4.5.3 主要元器件的选择

4.6 本章小结

第五章原理样机验证

5.1 试验准备

5.2 试验过程设计

5.2.1 试验目的

5.2.2 试验方法

5.2.3 正交试验设计

5.3 焊接样件的测试方法

5.4 焊接试验结果及分析

5.4.1 夹紧力的影响

5.4.2 拉伸试验结果分析

5.4.3 焊接功率对焊接质量的影响

5.5 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李勇兴

导师: 张毅,董丙顺

关键词: 激光透射焊接,有限元分析,熔接机

来源: 西京学院

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,计算机硬件技术

单位: 西京学院

分类号: TP334.8;TN249

总页数: 80

文件大小: 3940K

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