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3D打印作为近年迅速发展的先进制造技术,其实际应用已渗透到生产和生活的各个领域。熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)打印技术凭借软硬件开源、制造成本低、成型速度快、耗材环保、便携方便等优势得到广泛应用。由于FDM技术存在打印效率与成型精度相互牵制的共性问题,本文提出一种基于最优分层厚度算法的喷头分层扫描速度自适应控制策略,在自适应分层算法的基础上,研究不同分层层厚及单层外轮廓复杂程度的喷头分层扫描速度自适应调控,解决打印效率与成型精度矛盾问题。首先,分析喷头分层扫描速度的自适应控制及数学建模。基于三角形、圆弧截面轮廓过渡下计算模型面积误差和体积误差;不同层之间提出一种基于CAD模型外轮廓线的自适应分层算法计算分层层厚,利用MATLAB拟合出分层层厚与扫描速度的数学关联式;单层内分析扫描轮廓线的面积误差及其优化处理,分析正向夹角与扫描速度自适应输出的关系,并对X、Y轴向的扫描速度进行Clothoid曲线拟合,保证输出扫描速度的连续稳定。其次,研究喷头分层扫描速度自适应控制算法的实现。借助Visual Studio开发平台,将模型三角网格化的可视化方案和基于分层扫描速度自适应控制的分层算法转换成程序代码的编写,通过VC++和OpenGL实现了STL模型的可视化和切片仿真。接着,分析FDM型3D打印机喷头扫描速度的影响因素,确保分层扫描速度的稳定输出。对喷头的三轴向运动方式进行数学建模,得到步进驱动应满足的力学关系;分析送丝机构的摩擦驱动力,黄铜喷嘴内腔结构和压力差以及喷头模型基于ANSYS的热力学温度场仿真。最后,搭建基于Prusa i3型打印机喷头扫描速度自适应控制实验平台,并对测试模型进行分析,相比等厚分层0.25mm,扫描速度自适应控制分层XYZ轴向尺寸误差下降20.37%、26.29%、12.00%,斜面、圆弧阶梯误差下降12.18%、39.64%,在保证打印效率的同时提高了成型精度。通过单向拉伸实验可知,扫描速度自适应控制的打印样件具备良好的力学性能。