粒料3D打印机机头传热结构优化设计

在熔融沉积成型制造技术中,热流道及喷头的温度场对聚合物的流动及沉积有很大影响。针对现有的聚合物熔体微分粒料3D打印机,建立机头的三维模型,运用有限元分析的方法得到其温度场分布。模拟结果表明,热源与喷头之间存在较大温差,且热流道温度分布不均匀。针对以上结构的缺点,提出机头结构的优化方案,并对其所用材料进行改进。对优化后的机头再次进行有限元热分析,分析结果表明,优化后的机头热源与喷头之间的温差显著减小,且热流道的温度分布趋于均匀。因此,3D打印机机头结构优化方案对于聚合物熔体的稳定输送及沉积成型有重要意义。     

新型3D打印成型设备喷头结构热应力耦合分析

针对熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM) 3D打印设备耗材选择范围有限、打印材料挤出不稳定、喷头易堵塞等问题,基于3D打印成型原理,设计了一种新型双螺杆挤出式3D打印成型设备。通过有限元软件ANSYS对喷头结构进行了流场、温度场和应力场的数值模拟分析。结果表明,热流道内温度场分布均匀,从喷头入口到喷嘴出口的温度基本保持一致,达到了恒温控制的要求;压降型喷头结构能有效缓减喷头内部压力,并且,可以使喷头内热塑性高聚合物流体流动流畅,在拐角壁处无明显的速度滞留,在喷嘴出口处无回流和溢流现象,流速分布稳定;喷头等效应力分布均匀,且喷嘴热变形较小,能满足热塑性高聚合物流体的截面成型精度要求。因此,该新型喷头结构设计合理。     

基于磁制冷的FDM型3D打印机喷头的研究与设计

为了解决熔融沉积(FDM)型3D打印机使用过程中经常遇到的喷头堵塞问题,基于磁制冷技术,研究和设计了一种新型的3D打印机喷头。该打印机喷头的送丝机构,设计有压力传感器,可对导轮和挤出轮之间的压力进行数字化调节;喉管冷却组件采用高温导热油作为热交换介质,其冷却管采用沉浸式蛇管结构;基于磁制冷原理设计的制冷装置,配置有两条封闭循环的热交换液通道;喉管组件两端分别设置有耐高温的氟橡胶密封圈;喷头热端组件采用正的温度系数(PTC)加热器作为加热源,并设计有防热辐射保温罩。控制装置能够采用比例-积分-微分(PID)控制方式调节喉管组件的温度。研究表明,该喷头的上述设计特点,可有效地解决FDM型3D打印机工作时遇到的喷头堵塞问题,并能够提高模型的表面质量。     

计算机辅助技术在塑料3D打印中的应用

主要综述了计算机辅助技术在熔融沉积3D打印中的应用,其中包括在对喷头温度场的分析、对制件温度场、应力场和压力场的分析以及预测不同工艺参数对制件精度的影响。其中涉及的高分子材料包括丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚醚醚酮材料和聚乳酸材料;涉及的工艺参数主要为喷头温度、成型室温度、打印速率、扫描方式和分层厚度;采用的模型制件通常为板状制件,也包括结构较为复杂的人工骨制件。     

基于粉体喂料3D打印机的热塑性聚氨酯弹性体成型工艺参数研究

基于粉体喂料3D打印机,以拉伸强度为试验指标,采用正交试验方法确定了颗粒状热塑性聚氨酯弹性体的最佳成型工艺参数为:机筒温度215℃,螺杆转速8 r·min~(-1),喷头温度230℃,打印平台温度45℃。通过打印轮胎和蜂窝状模型验证了最佳成型工艺参数的合理性。     

高温FDM喷头的有限元建模及温度场仿真

利用ANSYS有限元仿真软件,针对复合材料的高温熔融沉积(Fused Deposition Modeling,FDM)打印喷头进行了物理建模以及温度场仿真,为解决3D打印喷头由于受热不均引起的喷头堵塞,从而导致产品的翘曲变形、不光滑等问题提供了帮助。针对已有的喷头形状,选择铝合金、不锈钢、紫铜、钨等材料进行了温度场仿真。结果表明:不锈钢和紫铜材料的喷头温度均在200℃以上,满足ABS所需的170℃以上熔融温度,较好地符合了要求;而铝合金以及钨则存在温度区间低于170℃的区域,易造成喷头的凝固堵塞。在此基础上,对喷头形状进行了尺寸形状的优化,通过增加薄壁区的厚度,使喷头的温度分布更加合理,避免应力集中,防止喷头薄壁处变形、堵塞等。     

聚醚醚酮3D打印成型的内填充工艺研究

通过自主搭建的聚醚醚酮3D打印机平台,采用熔融沉积方案打印试验样条,研究了挤出温度、打印层厚、进料速度对打印产品内填充率的影响。探索了3D打印机进料"打滑"现象,并得出最佳的进料速度。结果表明,对于聚醚醚酮塑料,低进料速度(4 r/min)、中高温加热温度(375℃)、中层厚(0.3 mm)下的打印件内部填充率可达到较佳的效果。实验获得了较好质量的打印件,为特种工程塑料3D打印机的产业化应用提供参考。     

PETG-酪蛋白胶3D打印形状记忆塑料的制备研究

以聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)为基体材料,加入一定量的酪蛋白胶使其具有一定的形状记忆特性。实验采用熔融共混法制备形状记忆复合塑料,平板硫化仪热模压复合塑料成片材,3D打印机对片材建模打印测试用样条。对3D打印样品影响因素进行了探讨,研究发现3D打印样品的应力-应变在一定程度内满足线性关系,而打印速度控制在40～80 mm/s之间能保证3D打印样品的质量,打印厚度控制在0.1～0.3 mm之间能保证打印样品良好的冲击强度和弯曲强度。研究表明:复合塑料的流动性能随酪蛋白胶含量的增大而增强,实验温度在120℃以内时,酪蛋白胶含量的增大有助于复合塑料热形变回复能力的提升。且温度越高,酪蛋白胶含量越大,形状记忆的回复时间越短。     

基于Fluent的3D打印ABS熔体热流模拟分析

喷头内熔体堵塞是熔融沉积成型技术的重要缺陷,造成了产品表面质量不高、精度差等问题。针对典型的熔融沉积快速成型喷头结构,建立了流固两相耦合的热流分析模型。为引入ABS塑料熔体Cross-WLF黏度模型,基于UDF用户定义函数编写材料子程序,采用仿真软件Fluent对流道内熔体的温度场、流动场及压力场进行数值模拟仿真。模拟结果解释了喷头内熔体堵塞的主要原因并提出了解决方案,为喷头的温度控制和热结构优化提供了参考。     

螺杆挤出式3D打印机结构设计与仿真分析

分析了传统桌面级FDM型3D打印机与螺杆挤出式3D打印机的挤出原理,为提升桌面级FDM型3D打印机对打印材料的兼容性并降低打印材料的制作成本,设计了螺杆挤出式3D打印机新结构,具有螺杆与机筒便捷拆换功能。结合设计计算获得了适用于打印丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）材料的螺杆计量段结构,在螺杆低转速与小型化的要求下,可实现小流率高精度打印并可通过提高转速获得更高的流率。通过仿真实验的方法,分析了计量段熔体的速度场、压力场以及剪切速率场的特征。使用最小二乘法,得出了螺杆转速与出口流率对应的回归方程,验证了计算结果的合理性。结果表明,螺杆挤出机构能够适用于3D打印,可降低打印成本并拓宽可打印物料的选择范围,并可通过对螺杆转速的控制实现对物料挤出流率较为精确的调节。     

基于螺杆挤出式工业陶瓷3D打印技术的最佳成型工艺研究

结合现有橡胶挤出机的喂料挤出方式研发出一种适用于工业陶瓷聚合物共混材料的新型三维（3D）打印成型方法。根据工业陶瓷聚合物共混的最佳混合喂料配方,利用自主设计的新型螺杆挤出式3D打印机进行打印成型实验,将输料温度、喷头温度、出料速度、成型平台温度4个因素作为实验变量,采用正交试验打印出实验模型毛坯件,根据所得毛坯件的表面精度和成型品质进而确定出工业陶瓷聚合物共混3D打印最佳成型工艺。     

油管清洗喷头组件外部流场的数值模拟

根据扇形喷嘴的射流特性,确定高压水射流基本段与消散段交界面的压力,以此压力作为油管清洗有效压力的参考标准,建立三角形喷头组件与对称形喷头组件的三维结构模型和数值模型。通过数值模拟结果表明,在相同边界条件下,对称形喷头组件的有效清洗范围比三角形喷头组件的有效清洗范围大,对称形喷头组件能够较大减小清洗盲区,提高了油管清洗效率。     

高铁时代窑炉隔热能力分析

本文对高铁时代型辊道窑耐火材料、保温材料和侧板组成窑体结构的温度场数值模拟及其传热机理进行研究,并模拟了三种不同形式侧板在高温段辊道窑墙体及面板的传热特性。结果表明:该款辊道窑的成功开发,不仅是因为其拥有简洁大气、科技感的外观,视觉和体感舒适度更上一层,同时也得益于其具备功能优良的绝热隔热材质组合和优化人机关系的侧板系统等设计。     

PETG/PBT耗材的制备及其3D打印工艺研究

聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)与阻燃性聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)通过熔融共混、挤出得到PETG与阻燃性PBT优缺点互补性强的3D打印耗材,其中PETG和PBT的质量比7∶3。差热扫描分析(DSC)表明PETG和PBT两个体系相容性较好。热重分析(TG)表明该PETG/PBT合金的热分解温度在390℃以上。从打印喷头温度、热床温度、打印速度方面对PETG/PBT 3D打印耗材的熔融沉积成型(FDM)打印工艺进行研究。结果表明,打印喷头温度为200~220℃、热床温度为80~90℃、打印速度为35~60 mm/s时,其打印效果最佳。     

赢创推出用于更高温度范围的3D打印用新型聚合物粉末

<正>特种化学品公司赢创正积极开拓极具吸引力的3D打印市场,并开发了一种新型聚合物粉末。作为旗下聚酰胺6系列的新产品,该粉末适用于更高温度范围的应用需求,进一步扩展了赢创粉末型3D打印技术高性能材料产品系列。赢创的新型聚酰胺粉末具有高机械强度以及优异的耐化学性和耐温性。其热变形温度(HDTB)约为195℃。此外,粉末材料的低吸水率(低于3%)使其脱颖而出,这一特性对3D打印材料的可加工性和3D打印组件的尺寸稳定性具有积极影响。     

熔融沉积3D打印机机械结构的设计

3D打印技术作为一种快速成型技术,其采用数字式模型文件作为基础,采取逐层打印的办法将可粘合性的塑料或者粉末金属用以构筑所预想的实体技术。由于3D打印技术可采用的耗材种类不同,故其存在着不同的3D打印技术用于构造不同类型的部件。3D打印耗材常有尼龙玻纤、铝合金、钛合金、石膏、镀金银以及橡胶等材料。为了拓宽3D打印机所使用的耗材范围,所以针对不同种类耗材需要开发不同类型的3D打印机。因此,本文针对特种工程材料,开发其配套的3D打印机,并设计其机械结构。设计完善其单喷嘴形制,x-y扫描机,z轴升降以及传动机构。文中对扫的方向、机械传动、打印精度、传动精密性等进行了计算。为使3D打印机的响应准确、快速,机械结构的简化,设计中采用了滚珠丝杆与线性步进机直接相连的方式。本文所设计的熔融沉积打印机结构,其运动合理,传动平稳,为其应用于实际生产做好基础工作。     

赢创开发出3D打印柔性塑料

正赢创开发出全球第一种用于3D打印的基于聚醚嵌段酰胺(PEBA)的柔性塑料材料。这种高性能粉末以其高弹性和高强度而出众,适用于各种基于粉末的3D打印技术。由新的PEBA粉末制成的3D打印部件,可以在-40～90℃较宽的温度范围内表现出高度的柔韧性、优异的耐化学性和卓越的耐久性。这种粉末还完美地适用于制造功能性的三维高技术塑料部件,包括原型和批量生产的产品。赢创工程产品线负责人Thomas     

ABS塑料3D打印过程中热应力耦合场分析与优化

随着3D打印技术的快速发展,针对ABS材料进行细致分析、计算方面的研究报道逐渐增多。通过ANSYS中APDL语言编写命令流、建立模型、划分网格、施加载荷、加载边界条件、模拟计算,对ABS材料进行热应力耦合场分析,探讨了喷头温度T_1、成形室温度T2和打印速度V这3个打印参数对试样热应力耦合场的影响,最后进行打印实验,最优化结果为喷头温度T_1=200℃、成型室温度T_2=90℃、打印速度V=30 mm/s。利用这种方法可以进行PP、PVC、PEEK等多种材料的打印成型,也可以进行相关金属、非金属材料的分析与打印设置,拓展了设备使用的领域,也为其它同类型设备或稍旧设备的进一步改造使用提供了借鉴。     

重力热管性能测试的实验研究

建立一套热管性能测试装置,并测试热管内部蒸发段、绝热段、冷凝段的温度分布和随时间的变化情况,研究不同热流密度下的传热特性,探讨热管的几何因素、倾斜角度和工质充装量对传热性能的影响。     

德国推出新型塑料3D打印技术

<正>德国工业3D打印机制造商voxeljet宣布,推出用于其VX200系统的新型塑料3D打印工艺——PolyPor C2(PPC2)。据悉,该技术是公司现有的PolyPor B(PPB)工艺的改进,主要用于制造熔模铸造模型。通过使用voxeljet黏合剂喷射技术,使用PPC2打印的部件不需要额外的支撑结构,并且可以有效地包装在构建室内的歧管中。