基于极差和方差分析的含能材料3D打印工艺参数优化(2)

菜单

3.2.1 考察因子水平表的设置 13

3.2.2 打印样件的设计 14

3.2.3 正交试验表的设计 14

3.2.4 试验数据结果 14

3.3 极差分析 15

3.4 方差分析 18

3.4.1 方差分析的思路 18

3.4.2 高度指标的方差分析 18

3.4.3 直径指标的方差分析 20

3.4.4 密实度指标的方差分析 21

3.4.5 方差分析的最优方案 23

3.5 最优方案的验证试验 23

3.6 最优参数组合的原理分析 24

结论 25

致谢 27

参考文献 28

（为保证双面打印效果，目次部分页数应是偶数。如果不够，加一个空页。）

1 引言

含能材料是一种特殊的材料，其熔点及燃点和普通塑料有着很大的不同。针对目前日益热门的新型加工方式，将这些新技术合理地运用到含能材料的加工，会极大提高其生产加工的效率和安全性。其中3D打印是近年来很热门的一种增材制造技术，已经用于某些塑料件的制造中。本项目将应用3D打印机概念，针对含能材料这一特殊材料，开发特殊材料3D打印设备，实现含能材料药柱的成型。为了优化打印的药柱的物理性质，采用科学的实验方法及合理的数据分析方法对含能材料的熔融堆积成型过程进行工艺参数优化。

1．1 快速成型技术概论

快速成型技术（RP）是目前最有前景的技术之一，通过实现整体模型成型或其部件的成型的方式来缩短产品开发周期，其产品可以直接用于装配，生产测试，或作为模具等直接在生产实践中被运用。从上世纪90年代开始，快速成型技术就被不同国家的的企业引进，开始推动工业生产。其与传统的去除材料（切削加工和磨削加工）来制造零件方式的不同之处是, 快速成型是用材料一层一层堆积的方法来制造零件的模型。通过导入所需要制造零件的三维 CAD 模型数据来直接生成产品的原型 ,并且CAD模型可以通过方便地修改来重新制造产品原型。这种技术对产品开发不需要漫长的开发周期，因而降低了开发成本。随着计算机技术的快速推广和三维 CAD软件应用的迅速发展, 越来越多的产品是基于三维CAD设计开发, 使得快速成型技术的广泛应用成为可能[1]。实际生产中，快速成型技术最常见的例子就是3D打印机，其工作流程如下图1.1。

图1.1 3D打印流程图

1．2 3D打印技术

3D打印（3DP）是快速成型技术的一种典型方式，它以数字模型文件（通常保存为.stl格式）为基础，耗材一般是粉末状金属或塑料等可粘合的材料，然后逐层打印，来构造所要求的物体。作为第三次工业的代表性技术之一，各行各业都掀起了3D打印的热潮。3D打印技术，学术上又被称为“添加制造”(additive manufacturing) 技术，也称作增材制造或增量制造。美国材料与试验协会(ASTM)于2009年成立3D打印技术委员会，其公布的定义是，3D打印是一种与传统的材料加工方法完全相反，是基于三维CAD数据模型，通过材料的逐层增加制造的方式，其原理与传统的切削或磨削加工在成型方式上截然不同。3D打印是通过直接制造与对应的数据模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法[2]。3D打印技术的内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(rapid prototyping) 和全生产周期的“快速制造”(rapid manufacturing)相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。3D 打印涉及的技术包括CAD建模、测量、接口软件、数控、精密机械、激光、材料等多种科学学科的综合[3]。表1.1是3D打印技术与传统切削技术的工艺比较，表1.2是3D打印技术的分类和常用材料。