基于FDM-3D打印机压电式喷头的研究与设计

发布时间：2020-06-06 12:39

【摘要】：基于FDM-3D打印技术作为一种增材制造技术,已经逐渐发展成为一种新型的制造加工技术。和传统的减材制造技术不同,基于FDM-3D打印技术能够很大程度上降低复杂零件的制造难度,且具有操作简便、成本低、节省材料等优势。但是,现有的FDM-3D打印机普遍存在成型精度低、打印速度慢等不足。因此,基于FDM-3D打印机相关技术仍存在很大的研究空间。本文针对现有的基于FDM-3D打印机存在的成型精度差、打印速度慢等不足,对3D打印机的工作原理进行了深入分析,引入一种压电挤出的工作原理,并对3D打印机的喷头进行了设计。对压电陶瓷元件进行压电有限元仿真分析,分析得到其产生的最大形变位移为44.19μm,经设计的柔性铰链放大机构放大后的输出位移为349.35μm,能够满足本次设计的要求。对基于FDM-3D打印机压电式喷头进行热-力耦合仿真和优化,优化后结构的力学性能表现良好,能够保证压电陶瓷元件的正常工作,满足设计的要求。对基于FDM-3D打印机压电式喷头的喷射过程进行流体力学仿真,得到不同时刻液体的挤出形态和流域速度的变化规律,并且得到不同粘度、压电频率和驱动距离对挤出液滴的大小和速度的影响。利用正交试验法获得熔融金属粘度、压电频率和驱动距离对挤出液滴大小影响的主次关系:熔融金属粘度驱动距离压电频率。由正交试验表找到最佳参数组合所得到的液滴直径大小为0.786mm,均小于表中的直径,验证了正交试验所得最佳组合参数的合理性。利用正交试验法获得熔融金属粘度、压电频率和驱动距离对流域流速大小影响的主次关系:压电频率熔融金属粘度驱动距离。由正交试验表中极差的大小可以看出在可调节参数范围内增大压电频率能够有效提高液滴的挤出能力,更利于液滴的挤出。通过对基于FDM-3D打印机压电式喷头的流体力学仿真得到:挤出液滴最小直径为0.786mm,最大速度为3.46m/s。相较于传统的活塞式喷头、螺杆式喷头和气动式喷头,能够提高3D打印机的打印速度,为以后研发高精度和高效率的3D打印机设备提供参考。
【图文】：

挤出喷头,活塞式,三维模型,喷头

度低、成本高、速度慢等缺陷，制约了、成本低、速度快的 3D 打印机是目前M 的 3D 打印机技术，对其喷头进行设式喷头，以此解决 3D 打印机打印精度术的发展以及进一步的开发奠定基础，国经济的发展与产业制造水平的优化具D 打印机喷头的国内外发展现FDM-3D 打印机喷头种类主要包括活塞头。下面对以上三种挤出喷头的国内外键部件主要包括喷嘴、加热棒、加热铝采用固态丝材在步进电机的带动下，挤将喷嘴内熔融态的丝材挤出到喷嘴外部

挤出喷头,螺杆式,三维模型,坩埚

图 1.2 螺杆式挤出喷头三维模型；2.机筒；3.加热器 1；4.挤出螺杆；5.加热器虽然能够加快丝材的熔融速率，提高挤出关键部件主要包括喷嘴、坩埚、加热炉、入坩埚内，将坩埚内已熔融的材料从喷嘴出喷头，，气动式挤出喷头的结构相对简单材料的选择范围，其结构简图如图 1.3 所
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.8

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