ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ .......... 11
1.1 Традиционные методы изготовления изделий сложной формы ........................ 11
1.1.1 Механическая обработка ..................................................................................... 12
1.1.2 Прямое прессование ............................................................................................. 14
1.1.3 Литьевое прессование .......................................................................................... 14
1.1.4 Литье под давлением ........................................................................................... 15
1.2 Конструкторско-технологическое обеспечение изделий для традиционных
методов обработки ........................................................................................................ 18
1.3 Аддитивные технологии изготовления изделий сложной формы ..................... 20
1.3.1 Методы аддитивных технологий ........................................................................ 20
1.3.2 Материалы для FDM-печати ............................................................................... 25
1.4 Особенности конструкторско-технологического обеспечения FDM-печати
изделий сложной формы .............................................................................................. 26
1.5 Анализ современных исследований о влиянии параметров процесса FDM-
печати на физико-механические характеристики готового изделия ....................... 31
1.5.1 Диаметр сопла и высота слоя .............................................................................. 35
1.5.2 Ориентация и угол наклона растра..................................................................... 36
1.5.3 Степень заполнения ............................................................................................. 37
1.5.4 Температура экструзии ........................................................................................ 38
1.6 Анализ современных исследований о влиянии дополнительной обработки
изделий, получаемых FDM-печатью ........................................................................... 39
1.7 Поверхностная постобработка ............................................................................... 40
1.7.1 Химическая обработка ......................................................................................... 42
1.7.2 Термическая постобработка ................................................................................ 42
1.8 Объемная постобработка ........................................................................................ 43
1.8.1 Отжиг без ограничения деформаций ................................................................. 45
1.8.2 Отжиг с ограничением деформаций ................................................................... 48
1.8.3 Отжиг в дисперсной среде .................................................................................. 49
1.8.4 Отжиг в жесткой форме ....................................................................................... 49
1.8.5 Отжиг в эластичной оболочке............................................................................. 50
Выводы по главе 1. Постановка цели и задач исследования .................................... 51
ГЛАВА 2. СТРУКТУРА КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ РЕЖИМОВ FDM-ПЕЧАТИ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ............................................................................................. 55
2.1 Структура конструкторского обоснования режимов FDM-печати ................... 57
2.1.1 Выбор материала для FDM-печати .................................................................... 57 2.1.2 Оценка свойств исходного материала ................................................................ 58
2.1.3 Улучшение свойств исходного материала ........................................................ 62
2.1.4 Формирование конструкции изделия с учетом специфики FDM-печати ...... 62
2.1.5 Методы подготовки CAD-модели ...................................................................... 63
2.1.6 Уменьшение массы изделия путем изменения степени заполнения внутреннего объема....................................................................................................... 64
2.2 Структура технологического обоснования режимов FDM-печати .................... 66
2.2.1 Обоснование режимов FDM-печати .................................................................. 67
2.2.2 Обоснование методов и режимов постобработки ............................................ 68
2.2.3 Оценка величины усадки ..................................................................................... 68
Выводы по главе 2 ......................................................................................................... 69
ГЛАВА 3. КОНСТРУКТОРСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ FDM-ПЕЧАТИ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ .................................................................. 71
3.1 Определение эффективных характеристик материала изделия ......................... 72
3.2 Определение эффективных характеристик изотропного материала изделия в зависимости от степени заполнения............................................................................ 75
3.3 Определение эффективных свойств ортотропного материала изделия в зависимости от степени заполнения............................................................................ 81
Выводы по главе 3 ......................................................................................................... 92
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ FDM-ПЕЧАТИ ИЗДЕЛИЙ С ЗАДАННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ........................................... 93
4.1 Планирование факторного эксперимента по влиянию параметров FDM-печати на физико-механические свойства .............................................................................. 93
4.1.1 Реализация факторного эксперимента ............................................................... 94
4.1.2 Обработка полученных результатов факторного эксперимента ................... 10
4.2 Исследование влияния постобработки на физико-механические свойства .... 118
4.3 Методика экспериментальных исследований .................................................... 119
4.3.1 Материал образцов ............................................................................................. 119
4.3.2 Подготовка образцов и режимы печати ........................................................... 120
4.3.3 Термическая постобработка в дисперсионной среде ..................................... 123
4.3.4 Термическая постобработка в форме с давлением ......................................... 124
4.3.5 Комбинированный метод термической постобработки ................................. 126
4.3.6 Термическая постобработка в вакуумном пакете ........................................... 127
4.3.7 Методы исследований свойств образцов ......................................................... 128
4.4 Результаты влияния постобработки на прочностные свойства образцов ....... 129
4.5 Результаты влияния постобработки на пористость образцов .......................... 133
4.6 Результаты влияния постобработки на деформацию образцов ....................... 136
Выводы по главе 4 ....................................................................................................... 144
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ...................................................................................................... 145
5.1 Характеристика изделия ....................................................................................... 146
5.2 Конструкторское обоснование режимов FDM-печати изделия рабочего колеса вентилятора .................................................................................................................. 146
5.3 Технологическое обоснование FDM-печати изделия рабочего колеса вентилятора .................................................................................................................. 152
5.4 Оценка прочностных параметров рабочего колеса вентилятора экспериментальным методом ..................................................................................... 155
Выводы по главе 5 ....................................................................................................... 158
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 159
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 163
ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................................................................... 180
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ........................................................................................................ 181
