多材质3D打印机设计与安全优化研究
发布时间：2021-03-26 06:48
3D打印技术作为迅速发展的一种智能制造技术已广泛用医疗、食品、教育等诸多行业。近年来,随着消费水平的不断提升,3D打印以其独特的制造优势,可以充分满足众多消费者个性化、多样化需求。本文将糊状材料挤出成型技术与熔融挤出成型技术相结合,设计了一款多材质3D打印机,并对其打印材料进行研究。首先对面塑材料、香皂材料、陶瓷材料和夜光PLA线材进行制备,并对其材料特性进行研究;其次依据安全系统工程原理,结合多材质3D打印机结构框架进行安全评价,对3D打印机全生命周期内危险情况下可能存在的危害因素和严重程度展开全面评估,然后依据安全评估结果对多材质3D打印进行机械系统及控制系统的设计,最终完成样机生产,并进行了实验验证。通过实验分析得出陶瓷材料最佳工艺参数组合为:打印速度50mm/s、柱塞挤出速度22r/min、打印层高0.3mm、喷嘴直径0.8mm、封顶层数8层;面塑材料最优配方为:小麦粉350份、糯米粉170份、可再分散性乳胶粉40份、微晶纤维素35份、水510份、润滑剂12份、抗菌剂6份和防霉剂1.5份;香皂材料在喷嘴与打印工作平台之间间隙为0.3mm下的最佳工艺参数为:打印温度58℃、打印速...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Fab@home打印机及打印成品Fig1.6Fab@homeandIt’sProducts
上海应用技术大学硕士学位论文第9页其中：—剪切力k—粘度系数，Pasn—流动指数这种流体的主要特点为：流体粘度随着剪切速度的增加而减校（3）胀塑性流体胀塑性流体是一条过原点的上凸曲线，其流变关系式为：ndukdy=n<1(2.4)其中符号同式(2.3)。这种流体的主要特点为：流体粘度随着剪切速度的增加而增加。图2.1流体剪切力与剪切率之间的变化规律Fig2.1Thevariationlawbetweenshearforceandshearrateoffluid2.2面塑材料制备面塑俗称面花、捏面人等，是国家非物质文化遗产，传统面塑材料制备方法需要和面、蒸制等[31]。面塑模型的制作对操作者具有较高的技法要求，需要艺人多年技术的学习与磨练，普通人很难满足这一要求。3D打印面塑相较与传统制作方法，具有节约材料，操作方便等特点，在满足客户私人定制需求的同时将当代先进制造技术与中国民间传统艺术相结合，让普通人也可以快速制造出较高精度的面塑模型。因此，制备符合3D打印要求的面塑材料成为必然趋势，以下将从面塑材料成分、制备方法及材料特性对其进行分析和研究。
上海应用技术大学硕士学位论文第11页别为苯甲酸钠、双乙酸钠，前者需要在酸性条件下才能很好起到抑菌、杀菌作用，双乙酸钠作为酸味剂调节PH值的同时还可以防止材料的霉变。面塑材料由以下按重量份比的原料制成：小麦粉300-500份、糯米粉150-210份、可再分散性乳胶粉30-150份、微晶纤维素20-300份、水450-750份、润滑剂10-20份、抗菌剂5-10.5份和防霉剂1-3.5份。2.2.3面塑材料制备流程和原料选择小麦粉作为面塑材料的主要原料，对材料物性的影响最为显著，但由于不同蛋白质含量的小麦粉特性差异较大，因此需要通过其实际实验效果才能选定，具体实验设备及小麦粉材料如表2-2所示。表2-2小麦粉原料选择实验设备及材料表Table2-2Experimentalequipmentandmaterialselectionofwheatflour设备及材料来源蛋白质含量多材质3D打印机小麦粉、糯米粉搅拌机小熊电器股份有限公司低筋小麦粉山东鲁王集团有限公司8.5%中筋小麦粉潍坊风筝面粉有限责任公司11.5%高筋小麦粉益海嘉里食品营销有限公司13.0%根据面塑材料配方，分别使用低、中、高筋小麦粉制备面塑材料。图2.2为具体实操图，其制备方法如下：步骤1：将小麦粉和糯米粉充分混合均匀，加入3/5量的水，于60-65转/分钟搅拌机中搅拌10-15分钟，于20-23℃醒发20-35分钟，得醒发面团；步骤2：将面团加热至35-50℃，加入可再分散性乳胶粉、微晶纤维素及35-50℃的2/5量水，于40-48转/分钟搅拌机中搅拌8-12分钟，得面塑材料主料；步骤3：将冷却至常温后的面塑材料主料与润滑剂、抗菌剂、防霉剂充分混合，于60-65转/分钟搅拌机中搅拌5-10分钟，得3D打印面塑材料。图2.2面塑材料制备实操图Fig2.2Practicaloperationdiagramofdoughplasticmaterialpreparation
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术原理及发展应用[J]. 张家寓. 软件. 2019(09)
[2]PLA材料在FDM过程中翘曲变形的优化[J]. 魏士皓,屠晓伟,任彬,杨庆华. 制造技术与机床. 2019(08)
[3]基于FDM螺杆式3D打印陶瓷基复合材料成型工艺参数的研究[J]. 徐常有,谭晶,杨卫民,焦志伟. 塑料科技. 2018(12)
[4]SLA对薄板件表面成型精度的影响[J]. 李彬,顾海,曹强国,姜杰. 塑料科技. 2018(11)
[5]食品3D打印技术的发展现状[J]. 刘倩楠,张春江,张良,胡小佳,余永名,胡宏海,黄峰,田芳,谭瑶瑶,戴小枫,张泓. 农业工程学报. 2018(16)
[6]基于工艺参数响应曲面的FDM 3D打印机能耗分析[J]. 王强,赵刚,阮丹,张学豪. 组合机床与自动化加工技术. 2018(07)
[7]铝-铜层状复合材料热辅助超声波増材制造方法[J]. 王波,张洪涛,朱训明,王云峰,金伟,何鹏. 机械工程学报. 2018(22)
[8]基于正交试验的FDM 3D打印工艺方法研究[J]. 张帆,谭跃刚,马国锋. 机床与液压. 2017(23)
[9]3D打印参数对TPU制品力学性能的影响[J]. 迟百宏,马昊鹏,刘晓军,王成硕,焦志伟,杨卫民. 塑料. 2017(02)
[10]陶瓷3D打印技术综述[J]. 杨孟孟,罗旭东,谢志鹏. 人工晶体学报. 2017(01)
本文编号：3101161
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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上海应用技术大学硕士学位论文第9页其中：—剪切力k—粘度系数，Pasn—流动指数这种流体的主要特点为：流体粘度随着剪切速度的增加而减校（3）胀塑性流体胀塑性流体是一条过原点的上凸曲线，其流变关系式为：ndukdy=n<1(2.4)其中符号同式(2.3)。这种流体的主要特点为：流体粘度随着剪切速度的增加而增加。图2.1流体剪切力与剪切率之间的变化规律Fig2.1Thevariationlawbetweenshearforceandshearrateoffluid2.2面塑材料制备面塑俗称面花、捏面人等，是国家非物质文化遗产，传统面塑材料制备方法需要和面、蒸制等[31]。面塑模型的制作对操作者具有较高的技法要求，需要艺人多年技术的学习与磨练，普通人很难满足这一要求。3D打印面塑相较与传统制作方法，具有节约材料，操作方便等特点，在满足客户私人定制需求的同时将当代先进制造技术与中国民间传统艺术相结合，让普通人也可以快速制造出较高精度的面塑模型。因此，制备符合3D打印要求的面塑材料成为必然趋势，以下将从面塑材料成分、制备方法及材料特性对其进行分析和研究。
上海应用技术大学硕士学位论文第11页别为苯甲酸钠、双乙酸钠，前者需要在酸性条件下才能很好起到抑菌、杀菌作用，双乙酸钠作为酸味剂调节PH值的同时还可以防止材料的霉变。面塑材料由以下按重量份比的原料制成：小麦粉300-500份、糯米粉150-210份、可再分散性乳胶粉30-150份、微晶纤维素20-300份、水450-750份、润滑剂10-20份、抗菌剂5-10.5份和防霉剂1-3.5份。2.2.3面塑材料制备流程和原料选择小麦粉作为面塑材料的主要原料，对材料物性的影响最为显著，但由于不同蛋白质含量的小麦粉特性差异较大，因此需要通过其实际实验效果才能选定，具体实验设备及小麦粉材料如表2-2所示。表2-2小麦粉原料选择实验设备及材料表Table2-2Experimentalequipmentandmaterialselectionofwheatflour设备及材料来源蛋白质含量多材质3D打印机小麦粉、糯米粉搅拌机小熊电器股份有限公司低筋小麦粉山东鲁王集团有限公司8.5%中筋小麦粉潍坊风筝面粉有限责任公司11.5%高筋小麦粉益海嘉里食品营销有限公司13.0%根据面塑材料配方，分别使用低、中、高筋小麦粉制备面塑材料。图2.2为具体实操图，其制备方法如下：步骤1：将小麦粉和糯米粉充分混合均匀，加入3/5量的水，于60-65转/分钟搅拌机中搅拌10-15分钟，于20-23℃醒发20-35分钟，得醒发面团；步骤2：将面团加热至35-50℃，加入可再分散性乳胶粉、微晶纤维素及35-50℃的2/5量水，于40-48转/分钟搅拌机中搅拌8-12分钟，得面塑材料主料；步骤3：将冷却至常温后的面塑材料主料与润滑剂、抗菌剂、防霉剂充分混合，于60-65转/分钟搅拌机中搅拌5-10分钟，得3D打印面塑材料。图2.2面塑材料制备实操图Fig2.2Practicaloperationdiagramofdoughplasticmaterialpreparation
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术原理及发展应用[J]. 张家寓. 软件. 2019(09)
[2]PLA材料在FDM过程中翘曲变形的优化[J]. 魏士皓,屠晓伟,任彬,杨庆华. 制造技术与机床. 2019(08)
[3]基于FDM螺杆式3D打印陶瓷基复合材料成型工艺参数的研究[J]. 徐常有,谭晶,杨卫民,焦志伟. 塑料科技. 2018(12)
[4]SLA对薄板件表面成型精度的影响[J]. 李彬,顾海,曹强国,姜杰. 塑料科技. 2018(11)
[5]食品3D打印技术的发展现状[J]. 刘倩楠,张春江,张良,胡小佳,余永名,胡宏海,黄峰,田芳,谭瑶瑶,戴小枫,张泓. 农业工程学报. 2018(16)
[6]基于工艺参数响应曲面的FDM 3D打印机能耗分析[J]. 王强,赵刚,阮丹,张学豪. 组合机床与自动化加工技术. 2018(07)
[7]铝-铜层状复合材料热辅助超声波増材制造方法[J]. 王波,张洪涛,朱训明,王云峰,金伟,何鹏. 机械工程学报. 2018(22)
[8]基于正交试验的FDM 3D打印工艺方法研究[J]. 张帆,谭跃刚,马国锋. 机床与液压. 2017(23)
[9]3D打印参数对TPU制品力学性能的影响[J]. 迟百宏,马昊鹏,刘晓军,王成硕,焦志伟,杨卫民. 塑料. 2017(02)
[10]陶瓷3D打印技术综述[J]. 杨孟孟,罗旭东,谢志鹏. 人工晶体学报. 2017(01)
本文编号：3101161
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