基于3D打印的螺杆挤出装置颗粒流动及熔融特性研究

发布时间：2022-12-04 09:40

　　熔融沉积成型技术由于其操作便捷、设备成本低廉等优点在工业生产中广泛应用。采用颗粒进料的螺杆挤出装置能够解决熔融沉积成型3D打印机成品机械性能不理想,丝料易断等问题。螺杆挤出装置中颗粒流动及熔融特性对成品质量产生重要影响,但相关研究仍不完善。因此,本课题以应用于熔融沉积成型的螺杆挤出装置为研究对象,针对输运段颗粒流动行为及熔融段颗粒熔融、流动过程开展数值模拟与实验研究。首先建立螺杆挤出装置数学模型。建立输运段颗粒离散模型,并在颗粒运动方程中加入定向恒转矩模型以考虑滚动摩擦阻力。此外,采用基于软球模型的线性弹簧阻尼模型计算接触力。最后,建立熔融段守恒方程及熔体粘度模型等,并采用Syamlal-O’Brien曳力模型描述相间动量交换。基于单片机控制技术搭建螺杆挤出装置实验台,对输运段颗粒流动特性进行实验研究。应用离散单元法进行对应的数值模拟,将实验与模拟结果对比以验证模型的准确性。结果表明,在间歇进料与连续进料两种方式下,颗粒质量流量均随螺杆转速的增加而增加,而颗粒填充率均相应减小,连续进料方式更适合应用于3D打印,因为该方式下质量流量相对标准偏差更小。针对聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯三种颗粒,应... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 应用于FDM螺杆挤出装置研究现状
        1.2.2 螺杆输运中颗粒流动特性研究现状
        1.2.3 聚合物熔融特性研究现状
        1.2.4 国内外文献综述简析
    1.3 本课题研究内容
第2章 螺杆挤出装置颗粒流动及熔融数学模型
    2.1 引言
    2.2 输运段计算模型
        2.2.1 接触力
        2.2.2 滚动摩擦阻力
        2.2.3 相对标准偏差
    2.3 熔融段计算模型
        2.3.1 粘度模型
        2.3.2 曳力模型
    2.4 本章小结
第3章 输运段颗粒流动特性实验研究
    3.1 引言
    3.2 输运段间歇进料颗粒流动特性实验
        3.2.1 实验装置
        3.2.2 实验原理及步骤
        3.2.3 工况设置
        3.2.4 结果与讨论
    3.3 输运段连续进料颗粒流动特性实验
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 实验原理及步骤
        3.3.3 工况设置
        3.3.4 结果与讨论
    3.4 本章小结
第4章 输运段颗粒流动特性数值模拟
    4.1 引言
    4.2 初始及边界条件
    4.3 模拟结果及讨论
        4.3.1 颗粒流动特性
        4.3.2 颗粒与壁面间滚动摩擦对颗粒流动特性影响
        4.3.3 颗粒间滚动摩擦对颗粒流动特性影响
    4.4 本章小结
第5章 熔融段颗粒熔融流动特性数值模拟
    5.1 引言
    5.2 初始及边界条件
    5.3 模拟结果及讨论
        5.3.1 模型验证
        5.3.2 网格无关性验证
        5.3.3 颗粒熔融、流动特性
        5.3.4 加热温度对颗粒熔融、流动特性影响
        5.3.5 初始下落速度对颗粒熔融、流动特性影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]熔融沉积（FDM）3D打印工艺参数优化设计研究[J]. 韩江,王益康,田晓青,江本赤,夏链.  制造技术与机床. 2016(06)
[2]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清.  材料工程. 2016(02)
[3]基于FDM的3D打印技术研究现状与发展趋势[J]. 唐通鸣,张政,邓佳文,钱素艳,李志扬,黄明宇.  化工新型材料. 2015(06)
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博士论文
[1]非球形颗粒典型流化床气固两相流数值模拟及实验研究[D]. 王天宇.哈尔滨工业大学 2016
[2]同向双螺杆挤出机熔融段熔融传热过程研究[D]. 梁畅.北京化工大学 2012

硕士论文
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[2]基于数值模拟的塑料颗粒3D打印机关键技术研究[D]. 陈磊.哈尔滨工业大学 2016
[3]FDM工艺的实验研究[D]. 王永双.青岛大学 2015
[4]基于FDM技术3D打印机的设计与研究[D]. 张自强.长春工业大学 2015
[5]颗粒式进料生物3D打印的线宽检测与控制研究[D]. 何自立.杭州电子科技大学 2015
[6]双转子连续混炼机离散熔融过程建模及可视化研究[D]. 叶萍.华东理工大学 2014
[7]单螺杆挤出过程固体粒子输送的离散单元法研究[D]. 丁学良.北京化工大学 2012
[8]基于EDEM的垂直螺旋输送机性能参数仿真研究[D]. 李海燕.太原科技大学 2011
[9]微型挤出熔体流变行为分析及螺杆优化设计研究[D]. 吴明星.华南理工大学 2010
[10]气固流化床流动特性的实验研究与数值模拟[D]. 董淑芹.青岛科技大学 2009



本文编号：3708022