陶瓷3D打印机浆料挤出装置的设计与仿真

发布时间：2020-06-07 09:46

【摘要】：陶瓷材料因其高强度、高硬度、耐高温和耐腐蚀等优异性能而应用广泛,但其硬脆性也带来了切削加工的困难。借助3D打印技术能够解决这一难题,因此开展了陶瓷3D打印机浆料挤出装置的设计与仿真的研究工作。首先,对现有的陶瓷3D打印工艺和打印机工作原理进行研究,选用基于挤出工艺的3D打印技术开展本次研究;其次,确定先驱体陶瓷浆料配比并对其性质进行研究,验证了先驱体陶瓷浆料应用于3D打印的可行性;接着,设计了两种不同类型的浆料挤出装置并通过打印试验确定选用螺杆挤出装置能够打印出精度更高的陶瓷零件;之后,通过仿真分析得出挤出装置在打印过程中内部流场的变化情况,为后续工艺参数的研究和装置改进提供依据;最后,通过试验结合仿真的方法对影响打印质量和效率的工艺参数进行研究并对螺杆挤出装置作出改进。此外,还针对打印浆料高粘度特性设计并改进喷头结构,以免喷头粘料影响打印质量;根据打印浆料热固性设计了加热装置并确定适合打印的温度区间,通过试验得出不同室温、加热温度与浆料固化时间的对应关系。研究结果表明,所设计的长92.00mm、螺距12.00mm、内径8.00mm、槽深2.00mm、螺杆外径与机筒内壁的间隙为0.25mm、转速60.00rpm的螺杆挤出装置能够高效率打印出表面平整、纹理清晰、层次分明,成型精度较高,形状复杂的陶瓷零件。图45幅;表10个;参87篇。
【图文】：

示意图,光固化,工艺,示意图

图 1 SLA 光固化工艺示意图[37]Fig.1 Schematic diagram of SLA light curing process光选区烧结技术（SLS）技术成型过程如图 2 所示，压辊将粉状材料平铺在工作平台上束按设计选择性烧结粉状材料，完成此层烧结后工作平台下铺粉状材料，继续烧结，逐层累加直到完成打印[39-40]。SLS 是有机物材料和陶瓷粉末的混合物。有机物材料作为一种黏瓷粉末的熔点，在激光束照射下，，低熔点的有机物材料熔化结在一起形成陶瓷坯体[41]。SLS 技术的打印材料也可以是高有机物液体混合而成的浆料。与粉末材料打印成型过程相似烧结逐层成型。技术的关键是打印材料，SLS 技术发展也还不成熟，打印材料素之一[42]。目前主要应用的材料为碳化物、氧化物、氮化物

示意图,成型过程,示意图,打印技术

图 2 SLS 成型过程示意图[40]Fig.2 Schematic diagram of SLS forming process 凝胶打印技术（3DGP）打印技术（3DGP）是一项全新的 3D 打印技术，是通过将粉混合制备而成的浆料，通过挤出成型的方式完成打印。该技低、材料利用率高、可实现复杂形状部件打印的特点[44]，成技大学邵慧萍等基于3D凝胶打印工艺使用螺杆挤出装置制备有规则外观，打印陶瓷坯体的表面粗糙度为8.90μm，在1520样本表面粗糙度为 8.25μm，相对密度、维氏硬度、横向断裂4.40GPa 和 450.00MPa[45]。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP334.8

【参考文献】