基于熔体微分原理的3D打印设备优化与制品增强工艺研究

发布时间：2020-05-15 19:55

【摘要】：3D打印技术的快速发展改变了传统的切削加工模式,可实现复杂制品的快速、近净成型,具有降低产品研发成本、缩短产品研发周期等优势。针对目前熔融沉积成型技术(FDM)中存在的耗材开发成本高、种类少以及对耗材刚性、韧性要求高等问题,研发了可以塑料颗粒为打印耗材的螺杆塑化式熔体微分3D打印机。本课题以此熔体微分3D打印机为基础实验平台,通过对多种高粘弹聚合物的3D打印测试,分析总结了该打印机存在的问题并提出改进方案;研究了 3D打印碳纤维(CF)复合材料的增强机理以及3D打印试件热处理增强机理;通过ANSYS传热模拟提出了3D打印机机头优化方案,在此基础上创新提出熔体泵挤出式3D打印设备并成功试制。同样通过传热模拟对比了前后两种方案在传热上的差异;运用Poly flow模拟了熔体齿轮泵的挤出过程,为其精确应用于3D打印提供了参数依据。主要工作如下:1、通过对高粘度的醋酸纤维素(CA)进行打印测试,分析了 CA用于3D打印耗材的可行性。将制备的部分CA样条用丙酮黏结后做黏结强度测试,探究了CA大型制品分块打印、黏结成形的可行性。总结了该打印机存在的不足,提出改进方案并予以实施。2、研究了不同纤维含量、不同纤维长度、不同填充方式以及碳纤维的表面硝酸处理对3D打印聚乳酸/碳纤维(PLA/CF)复合材料试件拉伸、弯曲、冲击强度的影响,并与注塑件做对比,分析了 3D打印碳纤维增强试件的增强机理;研究了不同热处理温度对3D打印PLA试件拉伸强度的影响,并从材料结晶度变化角度予以解释。3、运用ANSYS workbench内稳态传热模块对原打印机机头进行传热分析,解释了机头内热流道温差较大的原因并予以改进。在此基础上提出熔体泵式挤出式3D打印机并成功试制,同样通过传热模拟对比了前后两种方案在传热上的差异,总结了熔体泵作为该3D打印机机头在传热方面的优势。4、运用ANSYS workbench内的Poly flow模块模拟了熔体泵内熔体的挤出过程,包括不同入口压力和齿轮转速对出口质量流量和出口平均挤出压力的影响。通过线性拟合得到熔体泵进、出口参数间的相互关系,为其精确应用于3D打印提供了参数依据。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.73

【参考文献】

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本文编号：2665558