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。     

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。     

强混合复合材料双螺杆双喷头3D打印机的设计

本文针对现有市场3D打印机成型方式的局限性以及精度差的问题,设计出一套强混合复合材料双螺杆双喷头3D打印机。该装备采用两个喷头固定不动,打印平台沿三维坐标轴移动的形式,主机打印机机头采用双螺杆结构来进行喂料,提高物料的均匀性。喷嘴处设计了一套高精度熔体流量泵,可以精确控制物料挤出,解决自流的问题。另外,分别对泵体结构和阀体结构所打印出的模型件进行微观形貌测试,得出用泵体结构打印出的模型表面光洁度较好。     

基于螺杆挤出式3D打印设备的双螺杆设计与仿真

针对熔融沉积成型(FDM) 3D打印设备耗材选择范围有限、喷头挤出力不足且易堵塞等问题,基于现有3D打印成型技术和螺杆挤压技术,设计了一种适用于桌面级3D打印成型设备的双螺杆结构,实现了由工业级到桌面级的小型化便捷优化。通过分析其工作机理,确定了挤压系统中核心部件螺杆的基本结构参数,建立了三维实体模型。运用有限元分析方法,研究了螺杆结构受载后的应力和形变分布规律。分析结果表明,新型螺杆在工作载荷下,最大形变量出现在螺杆头部,且只有0.031 mm,满足螺棱间隙范围和螺杆刚度要求;螺杆根部受到较大的扭矩,最大应力强度和剪应力均出现于螺纹起始外端面处,且各项应力指标均满足强度要求,此结果与基于理论计算的强度校核结果一致,说明该螺杆能正常工作运转,进一步说明该新型螺杆结构设计合理,从而为更深一步的热流体熔融挤压分析研究提供理论基础。     

非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究

采用自行搭建的湿度可控的气辅式三维（3D）打印机,基于非溶剂致相分离原理,实现了常温下、高精度、低成本3D打印耐高温的聚合物材料。以聚醚酰亚胺（PEI）为例,探究了挤出压力、喷头直径、打印速度、打印环境相对湿度、打印层高等打印参数对成型质量的影响。结果表明,挤出丝料的宽度与打印速度、环境相对湿度有关,随打印速度和环境相对湿度的增大而减小;打印层高与挤出丝料的厚度有关,打印层高约等于挤出丝料的厚度的时,成型质量最好;通过多层沉积实验,得到最优的打印参数,成型了表面质量良好、精度高的PEI坯体。     

高黏度材料超声辅助3D打印技术

针对气压挤出3D打印方法打印高黏度材料(黏度>1000 Pa·s)时存在挤出缓慢、易堵塞的问题,提出一种基于超声辅助的高黏度材料3D打印方法。首先,对超声辅助3D打印振动减摩机理进行分析,并模拟仿真了超声振动对高黏度材料打印速度的影响。然后,设计并搭建了超声辅助3D打印平台,并进行了高黏度材料挤出速度测试,研究了超声振动作用下振幅与喷嘴直径对于挤出速度的影响规律。最后,检验了打印成型精度,打印样件整体误差控制在1%内,结果表明,所提出高黏度材料超声辅助3D打印方法在大幅提高打印效率的同时,能够保证较高的打印精度。这些现象对机械与航空航天制造、医疗以及建筑等领域中高黏度材料的高效高精3D打印具有潜在的应用价值。     

螺杆式3D打印控制参数及成型精度优化

基于螺杆挤出原理设计了一款使用颗粒状原料的3D打印装置，可满足打印多材料工业级大型制件的需求。打印过程控制参数对制件质量、尺寸精度的影响较显著。利用自主设计的螺杆挤出式3D打印装置，以自制聚乳酸基复合颗粒材料为打印原材料，通过设计正交试验研究了在喷嘴直径和底板温度一定的情况下，喷嘴温度、打印速度、层高、挤出丝单位脉冲数4个过程控制参数对打印效果的影响，并且获得较优的工艺参数组合。从打印制件的质量、成型精度和拉伸力学性能3个方面进行分析，结果表明，喷嘴温度设置为210℃、打印速度设置为30 mm/s、层高设置为0.7、挤出丝单位脉冲数150为该装置的较优工艺参数组合。     

工业级熔体微分3D打印技术制作大型工业制品

桌面3D打印技术已得到社会认可,而针对工业级大型3D打印技术的研究很少。工业级熔体微分3D打印技术,采用螺杆塑化熔融方式,具有更大的成型尺寸;可加入颗粒状聚合物,拓宽3D打印耗材种类;使用3 mm大喷嘴,有效提高打印速度。该工业级熔体微分3D打印技术中各个打印参数(如层高、喷嘴直径等)设置对于制品成型及制品力学性能有着至关重要的影响。将不同基材的玻纤复合材料作为研究对象,运用自主搭建的工业级熔体微分3D打印实验平台,研究不同打印参数下制品成型效果。通过SEM电镜图、TGA热重分析仪、DSC差示扫描量热法、拉力测试仪对制品及原材料进行分析。文章验证了该新型工业级熔体微分3D打印机对玻纤复合材料制备大型3D打印制品的可行性,且可以为工业级大型3D打印技术的发展提供理论基础和技术指导。     

FDM混色打印喷嘴结构专利技术综述

FDM(熔融沉积成型)将不同原色的供料输送到喷嘴内,熔融混合,通过控制各原色供料的配比,实现全彩3D打印对DWPI和SIPOABS专利数据库进行检索,分析近十年来涉及FDM混色打印喷嘴结构的专利申请,并针对混色打印喷嘴结构特点进行了分析总结。     

聚乳酸3D打印螺杆设计及挤出仿真分析

针对熔融沉积成型(FDM)3D打印机产品成型过程中存在的物料熔融挤出不均匀、所能选择的打印材料单一等方面的不足和局限性,设计了一种新型桌面级3D打印机用变距螺杆.阐述了螺杆的挤出原理并分析了在螺杆的作用下物料挤出过程中发生的物理状态变化,基于螺杆的工作环境选择加工螺杆时所需要的材质.利用Solid Works软件建立了...     

MWNTs/ABS导电3D打印复合耗材的制备与性能

通过双螺杆共混挤出制备不同含量的多壁碳纳米管(MWNTs)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)导电3D打印复合材料。研究了挤出加工次数和MWNTs含量对导电3D打印复合材料的导电性能的影响,分析了不同MWNTs添加量导电3D打印材料的力学行为。结果表明:随挤出加工次数的增加,MWNTs在ABS中的分散更加均匀;增加MWNTs含量不仅可以显著提高3D打印材料的导电性,而且也能提高复合材料的拉伸强度和显微硬度,但材料的韧性下降明显。控制最佳挤出条件,制成了具有防静电功能的导电3D打印复合材料,进行熔融沉积成型(FDM)打印测试效果良好。     

熔融沉积成型喷头系统的研究进展

熔体堵塞喷头、产品成型精度低是熔融沉积成型（FDM）技术潜在的隐患。优化FDM喷头系统有利于降低设备工作故障的发生率,提高成型品的品质和打印效率。打印过程中,喷头系统的工作状态复杂多变,本文主要从喷头系统的流道结构、散热装置、加热装置以及喷嘴等方面入手,综述了近年来喷头系统的国内外研究进展和发展动态。通过研究分析,指出喷头系统是FDM设备的工作核心,现有的喷头系统面临着巨大的挑战。但是随着前沿技术地不断发展,未来的喷头系统将会有效地应对这些挑战,其潜在的方向和发展趋势将会打破FDM设备的局限性,极大地满足人们对产品的需求。     

工艺参数对聚合物熔体喷射成滴的影响

介绍了一种机械冲击式聚合物熔体微滴喷射装置,并采用实验分析了不同螺杆转速与冲击频率、不同喷嘴直径、不同基板到喷嘴距离3组工艺参数对聚丙烯（PP）熔体微滴喷射成滴的影响。结果表明,熔体喷射成滴的质量受以上各参数的共同作用影响,只有精确控制以上各工艺参数才能实现均匀微小的聚合物熔体微滴的喷射,从而保证其用于三维打印（3D打印）制造技术时可以实现高精度成型。     

3D打印在弹性体领域的应用

以弹性体为打印材料的3D打印技术为熔融沉积快速成型、立体光固化、选择性激光烧结和聚合物喷射。简介热塑性弹性体打印材料和热固性弹性体打印材料,概述3D打印技术在弹性体制品生产中的应用,综述3D打印技术在弹性体领域的发展和挑战。光硫化或光固化是橡胶领域3D打印技术的发展趋势。     

3D打印金属粉末/PVA复合浆料的成型质量分析

聚乙烯醇是一种无毒的水溶性高分子材料,被广泛地用作粘结剂。浆料挤出打印技术结合了熔融沉积技术(FDM)与粉末注射成型技术,可用于打印结构复杂、高精度的金属零件。利用该技术打印铜粉(Cu)/PVA复合浆料,研究了打印工艺参数如喷嘴直径、分层高度、挤出压力和打印速度对坯体成型质量的影响。浆料流量随挤出压力的增大而增大,二者基本呈线性关系;分层高度的设置与喷嘴直径有关,分层高度为喷嘴直径的70%～80%时,打印效果最佳;挤出压力与打印速度的匹配度直接影响了成型质量。实验结果表明:在喷嘴直径D=0. 51 mm,挤出压力p=206 k Pa,打印速度V=15 mm/s,分层高度H=0. 35 mm的最优工艺参数下,能够打印出高质量的金属坯体。     

熔融微分3D打印制造MWCNTs/PLA可导电功能性制品

3D打印技术发展已日趋成熟,其特殊的增材制造原理使得材料利用率极高,方便快捷的成型方法推动了3D技术的发展。但3D打印产品使用耗材单一、制品强度较弱、应用范围不广泛等缺点抑制了3D打印技术在传统塑料加工行业的应用。一种新型聚合物熔体微分3D打印设备,可使用碳纳米管(MWCNTs)/聚乳酸(PLA)复合材料制造可导电3D打印产品。结果表明:该复合材料(10%MWCNTs)导电制品导电率可达到1.6 S/m,且该复合材料具有优异的可打印性能;使用聚合物熔体微分3D打印机以纸片为基材打印制造简易电路图,该电路图在纸基板上附着力强;使用熔体微分3D打印机制作防静电托盘制品,SEM图像表明,该托盘制品层与层之间结合紧密,成型精度以及刚度均可符合使用要求。通过实验对比,验证了该新型聚合物熔体微分3D打印机对MWCNTs/PLA复合材料制备可导电制品具有可行性,且可为3D打印电路板及防静电制品提供理论基础和技术指导。     

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。     

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。     

U型件的气体辅助挤出成型工艺的数值模拟与实验研究

应用Polyflow软件将气辅挤出成型引入U型件挤出成型过程中,建立了口模?气体?熔体的三相模型,在传热情况下,对口模温度、气体温度对口模内熔体的流动速度、温度及剪切速率等进行数值计算,用origin软件进行分析,通过传统挤出和气体辅助挤出成型对U型件进行挤出成型实验,选用聚丙烯（PP）材料挤出,均能顺利挤出,在达到挤出平衡后,气辅挤出时比传统挤出时更能使试样离膜下垂现象明显减弱。PP/10 %玻璃纤维在传统挤出成型时,有明显的挤出胀大现象,纤维在U型截面的侧壁与底面分布不均匀,在U型件拐角处分层分离现象严重;气辅挤出成型时,可以很好改善挤出胀大和纤维在侧壁与底面分布不均匀的现象,同时在U型件拐角处纤维分层分离的现象也能得到部分缓解。PP/20 %玻璃纤维在气辅挤出成型下挤出的U型件时,U型件壁厚变薄严重,试样中纤维分布比较均匀,拐角处无明显的纤维分层分离现象,但是试样表面有明显的纤维组织,且U型件的开口变形严重。结果表明,气辅挤出成型可以部分的减弱试样挤出后的下垂现象,也可以改善口模内熔体的温度场;传统挤出成型时候,口模内的U型件内外壁温度随着口模的变化而变化,气辅挤出成型时熔体高温区域集中在U型槽截面的中心线位置附近;气辅挤出成型与传统挤出时的剪切速率场分布发生了较大变化,气辅挤出成型时的剪切速率最大值比传统挤出时小很多。     

木塑复合材料的应用进展

木塑复合材料(WPC)是以植物纤维为主要原材料,经预处理后与热塑性聚合物或者其他材料通过模压或者挤出成型的绿色环保复合材料。本文介绍了木塑复合材料的国内外应用现状,重点介绍了3d打印用木塑复合材料的应用进展。