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基于砂支撑FDM 3D打印的堆砂规律研究

熊旭辉 刘浩

熊旭辉, 刘浩. 基于砂支撑FDM 3D打印的堆砂规律研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.001
引用本文: 熊旭辉, 刘浩. 基于砂支撑FDM 3D打印的堆砂规律研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.001
XIONG Xuhui, LIU Hao. Study on sand stacking law based on FDM 3D printing supported by sand[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.001
Citation: XIONG Xuhui, LIU Hao. Study on sand stacking law based on FDM 3D printing supported by sand[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 5-10. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.001

基于砂支撑FDM 3D打印的堆砂规律研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.001
基金项目: 国家自然科学基金项目(1005-GAA19034)
详细信息
    作者简介:

    熊旭辉,男,1995年生,硕士研究生,研究方向为FDM 3D打印。E-mail:1039230591@qq.com

    通讯作者:

    熊旭辉,男,1995年生,硕士研究生,研究方向为FDM 3D打印。E-mail:1039230591@qq.com

  • 中图分类号: TB126

Study on sand stacking law based on FDM 3D printing supported by sand

  • 摘要: 将颗粒(后面统称砂粒)作为3D打印的支撑材料,避免了传统3轴FDM中因去除支撑而损伤工件的后果。为了归纳出该新型FDM 3D打印技术中的堆砂规律,首先采用Plackett-Burman设计物理实验,选取漏斗孔径X1、漏斗高度X2、漏斗水平移动速度X3以及玻璃砂尺寸X4为参数,研究了砂粒的堆积角规律,其次通过DEM仿真分析了不同漏斗孔径下的砂粒的聚集程度变化。结果表明,参数X1X3显著影响堆积角,且影响为负效应。随着漏斗孔径的增大,砂粒聚集程度提高。因此在砂作支撑的FDM 3D打印中,增大漏斗孔径可以达到抑制砂道堆积角,提高砂粒堆积聚集性的效果,从而提高工件成型质量。

     

  • 图  1  带支撑3D打印

    图  2  可移动漏斗装置

    图  3  测量砂道的高度

    图  4  砂粒堆积仿真

    图  5  砂道俯视图

    图  6  砂道各区域划分

    图  7  砂道密相区域

    图  8  起点紊乱区砂粒聚集性随漏斗孔径变化趋势

    图  9  稳定成型区砂粒聚集性随漏斗孔径变化趋势

    图  10  砂粒平均动能变化趋势

    表  1  Plackett-Burman试验实验设计及结果

    序号X1X2X3X4D/mm
    H/mm
    休止角/(°)
    $ \alpha =\dfrac{180}{{\text{π}}}\times \mathrm{a}\mathrm{r}\mathrm{c}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\dfrac{H}{0.5D} $
    11−11−148.2011.5525.61
    211−1174.5519.2527.31
    3−111−119.604.8926.52
    41−11147.4512.2327.27
    511−1174.1519.2727.46
    6111−146.9512.0927.25
    7−111119.255.1228.01
    8−1−11119.005.2228.79
    9−1−1−1130.008.4229.31
    101−1−1−173.2519.1227.57
    11−11−1−129.108.1329.19
    12−1−1−1−130.158.2928.81
    13000039.5410.1227.11
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    表  2  材料属性

    材料密度/$ (\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^{3}) $弹性模量/Pa泊松比
    玻璃砂2 5005.5×10100.25
    不锈钢7 9301.94×10110.247
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    表  3  接触属性

    材料静摩擦系数滚动摩擦系数恢复系数
    玻璃砂-玻璃砂0.710.0760.62
    玻璃砂-不锈钢0.590.050.6
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    表  4  仿真参数

    仿真参数数值
    时间步长/s2.886 04×10−6
    网格尺寸/m0.035
    仿真时长/s10
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    表  5  Plackett-Burman试验结果方差分析

    参数自由度调整后的偏差平方和FP
    模型49.824 24.650.031
    X115.548 810.500.012
    X210.218 70.410.538
    X313.203 36.060.039
    X410.853 31.620.239
    注:P<0.01表示极显著,P<0.05表示显著。
      α=29.94−0.907X1−0.009X2−0.017 22X3+0.008 89X4
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-06-07
  • 网络出版日期:  2022-12-26

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