新型FDM粒料3D打印机研发及应用研究

发布时间：2020-10-21 10:49

　　 3D打印对制造技术改变是革命性的,它不仅把大型制造业的流水线集于一台小型设备,同时也变革着制造业的生产方式和制造理念,这种变化必然会影响我们的生活。但对3D打印来说,材料和设备是限制其发展的两个重要因素。针对这些限制,基于高分子材料先进制造技术“微积分”的思想,设计了熔体微分三维成型设备,该设备采用“先熔化后建压挤出”螺杆推动的送料方式。结合以往设备的不足以及FDM(熔融沉积成型)三维成型的要求,设计研发了成型尺寸为2m*2m*1.5m的新型FDM粒料三维成型设备,进行了一系列的成型工艺实验探索,具体工作如下:1、新型FDM粒料三维成型设备的研发与制造。该装置熔融建压单元利用螺杆输送建压,喷头处采用熔体计量泵精确控制挤出量;采用平台固定、喷头部分移动的方式三维成型,节省了大量空间;同时将三维成型系统、压力回路控制系统、熔融塑化输送系统的控制部分集约成一个系统,提高了系统的稳定性、简化操作、减少对人工的依赖性。2、新型FDM粒料3D打印材料可打印性的研究。该设备可适用的材料范围非常广泛,为了建立该设备完整的工艺体系,本文结合材料本身的特性和FDM三维成型的要求,提出了 5个指标的评价体系,分别是熔融温度、流动性、出丝连续性、出丝收缩性、层粘性,满足这5个指标的可塑性材料即可利用该设备进行3D成型。然后分别通过单一聚合物、PLA/TPU共混物、陶瓷基复合材料三种类型的物料介绍了该评价体系。该评价体系不仅可以判断材料是否适合通过该设备进行3D成型,还可以通过该评价体系对材料进行针对性改性,使其适用于该设备,对FDM类型3D打印材料的发展有指导意义。3、按照该设备的三维成型工序,以PLA/TPU为研究材料进行了工艺参数的研究。首先根据材料的特性初步选择熔融塑化温度和成型温度,然后根据需要的流量和出丝直径选择合适的喷嘴直径、成型温度、螺杆转速、压力范围、熔体泵转速等参数;通过简单形状打印,根据精度要求和材料特性选择合适的层高、打印速度匹配流量与出丝直径;最后打印复杂的结构,通过性能检测分析材料的各种性能是否符合要求。4、基于FDM粒料3D打印成型设备,以PLA-PP-PW-SA为粘结剂制备了氧化铝陶瓷复合材料,探究了在喷嘴直径一定的情况下,质量流量与螺杆塑化温度和成型温度、容腔压力、螺杆转速的变化规律,并探究了不同层高下的打印效果。实验结果表明,在喷头直径为0.4mm条件下,螺杆塑化温度为160℃,成型温度为175℃,螺杆转速为0.3-0.8r/min,容腔内压力在0.2-1.0MPA,层高为0.2的工艺参数下能够打印出较为理想的陶瓷粗坯。5、聚乳酸基复合材料4D成型的研究。本文以PLA/TPU/CNTs为研究对象,通过工业级FDM粒料三维成型设备制备样品,研究了该材料第4D—形状记忆效应的变化。实验结果表明:在玻璃转化温度Tg附近,温度越高形状回复率越大,回复所用时间越短;CNTs会抑制形状回复,在水浴条件下,CNTS含量越高,回复率越低,在电场条件下,回复率受到CNTs的双重影响,无明显规律;该复合材料对两次形变之前的形状也有很好的记忆效应,同时对弯曲、扭曲、折叠、拉伸也有很好的记忆效应。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP334.8
【部分图文】：

１．１引言??３Ｄ打印技术一种逐层增加材料生成三维实体的技术＋３，１（）］，基本原理是在二维面??上堆积成预定形状，然后Ｚ轴方向上升，从而实现三维成型。３Ｄ打印的基本过程分??为４个过程：三维图形建模、软件分层切片、三维成型、后期处理。??

??平整轮??图１－３激光烧结成型原理??Ｆｉｇ．?１－３?ｈｅ?ｆｏｒｍｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＳＬＳ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??图１－３为激光烧结成型技术的原理图，激光烧结成型技术利用高能的激光，将粉??末烧结成型，然后滚轮将粉末再次铺到表面，层层烧结过后，就可以得到３Ｄ打印制??３??

—￣１??图１－２熔融沉积成型技术原理图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｆｏｒｍｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＦＤＭ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??目前大部分使用的材料都是丝材，这就要求聚合物材料符合特定性能的同时具有??一定的硬度和軔性，极大的限制聚合物复合材料的发展。??１．２．２激光烧结成型技术（ＳＬＳ）??激扫描镜?激光发生器??，??平整轮??图１－３激光烧结成型原理??Ｆｉｇ．?１－３?ｈｅ?ｆｏｒｍｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＳＬＳ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??图１－３为激光烧结成型技术的原理图，激光烧结成型技术利用高能的激光，将粉??末烧结成型，然后滚轮将粉末再次铺到表面，层层烧结过后，就可以得到３Ｄ打印制??３??
【参考文献】

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本文编号：2850028