基于TPU材料3D打印结构的缓冲性能研究

发布时间：2021-07-08 18:37

　　3D打印技术近十年来受到了业界内外广泛的关注,3D打印技术代表了先进的制造行业,随着这项技术的高速发展与改进,越来越多的行业都引进了 3D打印技术,引发了新一轮的3D打印潮。3D打印技术的应用领域非常广泛,其中也包括包装领域,但是目前为止在包装上的应用主要集中于包装容器的成型中,而在缓冲包装上的应用几乎没有,通过3D打印技术可以成型一些传统包装技术无法实现的特殊结构,从而提供新的缓冲包装方案,将3D打印和包装的结合将在运输包装领域拥有广阔的前景。本文采用将新兴3D打印技术与缓冲包装结合,首先采用半柔性的3D打印材料TPU,中文名称为热塑性聚氨酯弹性体,设计出具有不同内部结构的缓冲衬垫,其中结构一时具有一层中空结构的缓冲衬垫,结构二与结构三是具有两层中空结构的缓冲衬垫,研究其力学性能,探索中空层数以及中空孔径对缓冲性能的影响。利用电子万能试验机和冲击试验台对设计打印好的缓冲衬垫进行静态压缩试验和动态冲击测试得到应力-应变曲线和其他数据,分析其缓冲性能。同时与常见的缓冲材料蜂窝纸板进行缓冲性能的比较。通过试验及数据的分析,可以得出TPU材料经过3D打印后的三种结构具有较好的缓冲性能,其中结... 

【文章来源】：天津科技大学天津市

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１熔融沉积成形３Ｄ打印技术原理图??－

个特点：粘度低，有利于??快速成型能较快流平［１９］。固化收缩率小，可以有效避免零件的变形开裂等问题，低收??缩性树脂有利于提高产品的精度。溶胀小，可以有效避免由于溶胀造成零件尺寸偏大??的问题。高湿态强度，较高的湿态可以保证固化后的产品不易产生变形、层间剥离等??问题。杂质少，固化过程更有利，没有气味，毒性小［２（）］。??｜?Ｊ?ｚ??！?Ｊ，?ｆｙ??ｊ?—?——ＪＬ—Ｊ??１?Ｉ?｜?：??：｜?＊?Ｊ???ｔ?：??ｐｉ??｜?ｎ?ｍ?．丨??Ｉ??图１－２光固化成型技术原理图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｓｔｅｒｅｏ?ｌｉｔｈｉｇｒａｐｈｙ?ａｐｐａｒａｔｕｓ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??ＳＬＡ光固化技术具有很多优点，包括成型过程自动化程度高、精度高以及系统分??辨率较高、打印出的成品表面质量优良、可以打印出结构复杂的模型等。近年还出现??了微机电领域的微光固化快速成型工艺，是针对微机械结构的ＳＬＡ工艺。ＳＬＡ的弊??端有以下几点：材料和设备运行维护成本高、ＳＬＡ系统造价髙，是要对液体进行操作??的精密仪器，对工作环境要求也比较高［２１１；可选择的材料种类少，这能是光敏类树、??打印出的零件容易弯曲变形并且易脆易断裂、液体树脂需要遮光储存，对储存环境要??求较高，且成品件多为树脂类，各种性能有限，例如和耐热性和刚度等，不适合长时??间保存，光固化技术的预处理软件与驱动软件运算量较大，与加工效果关联性太高，??并且软件系统操作复杂，入门困难；使用的文件格式不为广大设计人员熟悉［２２］。??１．２．３?ＳＬＳ选择性激光烧结打印技术??选择性激光烧结是一种材料广泛的快速成型工艺

?天津科技大学硕士学位论文???材料如金属粉和陶瓷粉还不够成熟，在进一步的研究中。因其可以烧结尼龙，基于尼??龙材料本身的优良性能（比重轻、耐高温、高强度、高初性），特别适合打印功能性??零部件［２４］。??加热封闭鬼????扫描系嫌－￣—逢??義口、?｜?＿?麵灘??＿?珊?Ｗｍ?ｍｍ?ｍｍ?ｆ?１??多汆粉末收霞粉末供床?粉末編工床粉米供床??图１－３选择性激光烧结打印技术原理图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＳＬＳ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??ＳＬＳ工艺具有很多优点，主要包括：??（１）材料选择范围比较广泛，价格较低，原则上材料只要加热后具有较低的粘度??就可以作为ＳＬＳ打印材料，粉末材料包括高分子、金属、尼龙等［２５］。??（２）工艺成型比较简单，根据材料的不同，基本可以实现复杂形状原型的生产。??（３）其他常见３Ｄ打印工艺大多需要支撑架，ＳＬＳ不需要支撑结构，还未烧结的粉??末就可以作为支撑作用。??（４）材料利用率较高，变形率较小，工作时不需要支撑和底座，材料几乎都可以??使用上，不浪费材料，利用率高。??（５）精度较高，ＳＬＳ工艺的精度一般处于０．０５ｍｍ？２．５ｍｍ之间，精度主要由材料??种类和颗粒大小决定［２６］。??ＳＬＳ工艺在具有很多优点的同时，也有一些缺点制约了它的应用，缺点包括：??（１）成品表面粗糙，是因为原料是粉末状的，将粉末加热融化再逐层粘连使得制??品粗糙％。??（２）再制造大型零件的时候胡发生翘曲和变形，所以导致无法生产高性能的陶瓷??或金属产品。??（３）制作时间长，打印前，材料需要预热，一般需要２小时，打印完成后会需要??更长的时

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于缓冲材料选择的打印机防护包装设计[J]. 王妮睿,陈景华,尤飞,田叶青.  包装工程. 2018(07)
[2]基于3D打印机高分子材料SLA应用[J]. 蒋素清,于云峰.  科技经济市场. 2018(01)
[3]选择性激光烧结3D打印聚合物及其复合材料的研究进展[J]. 李志超,甘鑫鹏,费国霞,夏和生.  高分子材料科学与工程. 2017(10)
[4]3D打印钛合金毛细芯有效导热系数的实验研究[J]. 孙琦,陈曦,谢荣建.  制冷技术. 2017(05)
[5]PLA改性研究进展[J]. 周英辉,陈胜杰,雷亮,李建波,任杰.  工程塑料应用. 2017(10)
[6]基于三维图像重现技术的陶瓷产品3D打印设计仿真研究[J]. 赵永伟.  现代电子技术. 2017(16)
[7]3D打印设计教学研究与实践[J]. 薛文凯,杜鹤,戴鹳融.  艺术工作. 2017(02)
[8]金属3D打印骨科内植物的应用现状与发展趋势浅析[J]. 刘忠军.  骨科临床与研究杂志. 2017(02)
[9]用SLS快速定制零件:igus提供耐磨塑料部件3D打印服务[J].   金属加工(冷加工). 2016(24)
[10]不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 李素丽.  中国铸造装备与技术. 2016(06)



本文编号：3272113