模拟砂箱3D打印材料制备及流动性能研究

发布时间：2024-05-22 05:59

　　3D打印是区别于传统加工制造的一种技术,具有一次成型、材料利用率高、成本低、易于“打印”复杂结构等优点。相似模拟实验研究技术广泛应用于煤矿开采、海洋油气开发等领域,该方法具有直观、简便、经济高效等优点,但是,也存在制造周期长、效率低下、产生废料多,对复杂结构的模拟不足等缺点。因此,本文将两种技术相结合,设计了模拟砂箱3D打印装置的挤料系统及喷嘴结构,通过试验方法得到了3D打印材料的配比,并利用该装置进行相似模型的打印,试验研究对于完善相似模拟实验和扩展3D打印领域具有重要的意义。本文首先对喷嘴结构进行了选型、设计及有限元分析,验证了喷嘴结构的合理性。其次利用响应面法对喷嘴的主要结构参数进行了优化设计,得到了结构参数的最优解。然后以砂子为骨料,以粘土为胶结剂作为3D打印材料,利用Box-Behnken实验设计方法,得到了模拟砂箱3D打印材料的最佳配比,研究了该配比的流动性能;在此基础上,利用响应面法探究不同外加剂(石膏、石膏缓凝剂、高效减水剂)对3D打印材料粘度的影响,得到了不同条件下的最佳配比。最后,根据最佳配比,通过打印实验,探究成型后试样的物理力学性能,并分析不同材料及其配比对其物...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 3D打印技术概述
        1.1.1 3D打印技术简介
        1.1.2 3D打印技术原理及工艺
        1.1.3 3D打印技术特点
    1.2 相似材料模拟实验概述
        1.2.1 相似模拟的基本概念及作用
        1.2.2 相似模拟发展现状
        1.2.3 相似模拟技术存在的问题
    1.3 3D打印技术与相似模拟技术的结合
        1.3.1 3D打印技术在相似模拟实验的应用及前景
        1.3.2 3D打印在相似模拟实验的应用难点
    1.4 主要研究内容
第2章 模拟砂箱3D打印喷嘴结构设计
    2.1 模拟砂箱3D打印装置简介
        2.1.1 主体结构简介
        2.1.2 挤料结构简介
    2.2 喷嘴结构设计、分析及选型
        2.2.1 喷嘴结构设计
        2.2.2 喷嘴有限元分析
        2.2.3 喷嘴选型
    2.3 喷嘴结构的优化设计
        2.3.1 Box-Behnken实验设计
        2.3.2 基于响应面法实验结果分析
        2.3.3 参数优化
    2.4 本章小结
第3章 模拟砂箱3D打印材料配比设计
    3.1 模拟砂箱3D打印材料概述
        3.1.1 骨料
        3.1.2 胶结剂—粘土
        3.1.3 外加剂
        3.1.4 水
        3.1.5 材料间的配比关系
    3.2 粗砂粘土配比设计
        3.2.1 实验因素选取及Box-Behnken实验设计
        3.2.2 基于响应面法实验分析
    3.3 细砂粘土配比设计
        3.3.1 实验因素选取及Box-Behnken实验设计
        3.3.2 基于响应面法实验分析
    3.4 本章小结
第4章 模拟砂箱3D打印材料流动性能试验研究
    4.1 3D打印材料流动性能
        4.1.1 流变参数及流体类型
        4.1.2 3D打印材料简介
    4.2 3D打印材料流动性能的影响因素
        4.2.1 试验材料及配比
        4.2.2 试验仪器
        4.2.3 试验注意事项
    4.3 粗砂粘土3D打印材料流动性能的研究
        4.3.1 配比的设计及确定
        4.3.2 试验步骤
        4.3.3 粗砂粘土A的3D打印材料粘度
        4.3.4 粗砂粘土B的3D打印材料粘度
    4.4 细砂粘土3D打印材料的粘度研究
        4.4.1 配比的设计及确定
        4.4.2 试验步骤
        4.4.3 细砂粘土C的3D打印材料粘度
        4.4.4 细砂粘土D的3D打印材料粘度
    4.5 3D打印材料最佳配比的粘度对比
    4.6 外加剂对3D打印材料粘度的影响
        4.6.1 外加剂的Box-Behnken实验设计
        4.6.2 实验数据记录及分析
    4.7 本章小结
第5章 模拟砂箱3D打印实验研究
    5.1 打印试样效果及分析
        5.1.1 打印步骤
        5.1.2 打印效果
    5.2 成型试样物强度测试
        5.2.1 试验器材
        5.2.2 试验准备及试样制备
        5.2.3 强度测试试验结果分析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3980494