3D打印过程的计算机仿真研究

发布时间：2017-04-04 16:06

  本文关键词：3D打印过程的计算机仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究的目的是对3D打印过程的可视化仿真,并同时获得在打印过程中温度场、应力场的变化历程,从而实现对3D打印件变性、开裂、翘曲等性能的预测和分析,进而为修正设计和优化打印工艺提供可靠依据。 本文以面向对象的编程思想为指导,通过在ABAQUS平台上使用Python程序创建打印过程中的各要素模型,将打印过程程序化。模拟程序以实体零件的CAD文件作为输入信息,按照横向来回扫描的打印头运动方式,把实体文件的数字模型转换成能完整包含打印过程和打印件信息的由颗粒单元数据构成的3D打印体数据模型。将网格节点组成网格单元,再将单元组成单个打印层。打印层的堆叠就形成了3D打印体数据模型。在3D打印体数据模型的基础之上,通过展示打印颗粒被不断添加的过程实现了对3D打印过程的可视化仿真。把打印过程中热量在打印体中的传递和耗散用等价的温度衰变规律描述,再计算颗粒在不同时刻的温度数值,就获得了3D打印体在打印过程中的温度变化历程。 通过对3D打印过程的计算机仿真方法的研究,本文认为将3D打印过程等效和简化为打印颗粒的堆积过程是准确可行的。通过设定颗粒的温度衰变规律来简化打印过程中颗粒间的温度传导的计算方法是有效的。这种以构建3D打印过程的模型化对象的计算机仿真方法,对探索和发展3D打印技术的研究以及开发相应的仿真软件是具有通用性的。这也为后续实现温度场与应力场、位移场的耦合分析奠定了基础,为优化打印路径和热源参数提供了量化分析方法。这种全新的打印过程的可视化仿真方法也为变模型物理过程的计算机仿真提供了一种全新的思路。
【关键词】：3D打印 颗粒态模型 网格单元 可视化仿真
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP391.9;TH16
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 3D打印技术概述(论文的选择题背景)9-15
• 1.1.1 3D打印技术的基本原理9-12
• 1.1.2 3D打印技术的主要实现形式12-13
• 1.1.3 3D打印的应用与发展趋势13-14
• 1.1.4 3D打印面临的主要问题14-15
• 1.2 计算辅助工程15-19
• 1.2.1 CAE技术的发展历程16-17
• 1.2.2 CAE技术的功能与作用17-18
• 1.2.3 CAE的关键技术18-19
• 1.3 3D打印相关的计算机仿真的国内外研究现19-22
• 1.3.1 基于单层切片简单模型的模拟19-20
• 1.3.2 多层堆积过程模型的模拟20-22
• 1.3.3 现存研究中取得的成果和存在的问题22
• 1.4 本文研究的目标、内容及意义22-25
• 1.4.1 本研究的研究目标23
• 1.4.2 本研究的主要内容23-24
• 1.4.3 本研究的意义24-25
• 第2章 基于固定颗粒的3D打印过程的可视化仿真25-40
• 2.1 ABAQUS仿真平台25-27
• 2.1.1 ABAQUS简介25
• 2.1.2 ABAQUS脚本程序的二次开发25-27
• 2.2 3D打印过程的离散化27-29
• 2.2.1 三维实体文件的片层离散27-28
• 2.2.2 片层模型转化为打印轨迹28-29
• 2.2.3 打印轨迹的时间步长29
• 2.3 固定颗粒模型的创建29-34
• 2.3.1 固定颗粒的数据模型29-30
• 2.3.2 固定颗粒的实体创建30-31
• 2.3.3 颗粒位置数据的获得31-32
• 2.3.4 实体颗粒模型的堆积32-34
• 2.4 基于固定颗粒堆积的3D打印34-38
• 2.4.1 固定颗粒堆积的主要逻辑34-35
• 2.4.2 打印件实例35-38
• 2.5 打印件的装配模型38-40
• 第3章 基于网格化颗粒的3D打印过程的可视化仿真40-52
• 3.1 打印过程中的对象化模型设计40-44
• 3.1.1 网格节点与节点序列对象及其代码实现40-41
• 3.1.2 网格单元与单元集合对象及其代码实现41-42
• 3.1.3 打印步长对象与打印行对象及其代码实现42-43
• 3.1.4 打印层对象与打印体对象及其代码实现43-44
• 3.2 打印轨迹的生成44-45
• 3.2.1 打印轨迹的模型44-45
• 3.2.2 横向来回扫描形式打印轨迹的算法与实现45
• 3.3 打印体对象的创建45-49
• 3.3.1 网格化数据的读入47-48
• 3.3.2 打印体数据的组装48-49
• 3.4 基于网格单元的堆积过程的再现49-52
• 3.4.1 打印过程主要逻辑49-50
• 3.4.2 网格颗粒打印的计算实例50-52
• 第4章 打印过程的温度场模拟以及多材料打印52-59
• 4.1 温度场计算的简化52-53
• 4.2 温度场计算的代码实现53-54
• 4.3 温度场计算实例54-56
• 4.4 材料颗粒的趋向性表示56
• 4.5 多材料的3 D打印56-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张早明;;CAE在汽车工业中的应用[J];汽车科技;2008年05期

2 雷亚勇;张韫韬;刘鑫;;CAD/CAE/CAM的协同发展研究[J];机械工程与自动化;2008年04期

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4 刘红光;杨倩;刘桂锋;刘琼;;国内外3D打印快速成型技术的专利情报分析[J];情报杂志;2013年06期

5 周文晓;王翔;崔瑞;梁建亮;;粉末薄层选区激光烧结温度场数值模拟与实验研究[J];现代制造工程;2012年05期

6 王雪莹;;3D打印技术与产业的发展及前景分析[J];中国高新技术企业;2012年26期

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本文编号：285801