熏香3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、熏香和燃香是人們凈化室內(nèi)環(huán)境的重要物品。燃香在使用過(guò)程中產(chǎn)生煙霧，具有一定的刺激性;而熏香主要靠自然揮發(fā)產(chǎn)生香氣，與燃香相比，熏香更加衛(wèi)生、安全。隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，人們已不再滿足于選用普通的燃香，而是越來(lái)越青睞于各式各樣的熏香。熏香在使用過(guò)程中不僅凈化了室內(nèi)的空氣，喜聞樂(lè)見(jiàn)的各種形態(tài)的熏香還能給人以美的享受，因此熏香的市場(chǎng)需求日益增多。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)熏香采用濕潤(rùn)的線香通過(guò)手工盤繞、循跡法或模具成型方法制作異型熏香，這些方法存

2、在勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低和廢品率高等缺點(diǎn);模具制作成本高且品種單一。研究熏香的成型方法是香制品行業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。隨著科技進(jìn)步，3D打印技術(shù)日趨成熟，人們可以采用3D打印技術(shù)制作食品、機(jī)械零件和建筑物。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于制香行業(yè)，對(duì)勞動(dòng)密集型的制香行業(yè)是重要的技術(shù)創(chuàng)新。基于上述創(chuàng)新思維，針對(duì)熏香3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)與成型參數(shù)試驗(yàn)展開研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　熏香的主要原料是木粉、香料、黏合劑等純天然物質(zhì)，不能

3、采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)中的熔融沉積或激光燒結(jié)等方法成型，不能使用合成的化學(xué)黏合劑，只能采用成型后自然晾干的方式，才能保證香產(chǎn)品原有成分和功效。因此采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)熏香具有非常大的技術(shù)難度。通過(guò)查閱資料，反復(fù)研究，多次試驗(yàn)，對(duì)比螺桿擠出和氣動(dòng)擠出效果，通過(guò)論證，最終確定采用氣動(dòng)擠出方式，經(jīng)過(guò)調(diào)整原料和水分比例，設(shè)計(jì)了氣壓缸與料筒同心豎直安裝的方式，攻克了出料系統(tǒng)技術(shù)難關(guān)。出料系統(tǒng)主要由氣壓缸、料筒等構(gòu)成，料筒與氣壓缸同心豎直安裝，氣壓缸

4、推桿推動(dòng)活塞擠壓料筒中的原料，使其由出料口噴出，根據(jù)不同的精度要求選擇不同尺寸的打印頭，使噴出的，原料線條呈不同的直徑。
　　采用擠出方式實(shí)現(xiàn)立體成型，即通過(guò)氣動(dòng)擠壓使熏香原料由出料口中噴出，逐層打印，層層疊加，直至打印完成。通過(guò)分析對(duì)比現(xiàn)有的3D打印機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)形式，本課題選用了龍門式框架結(jié)構(gòu)作為熏香3D打印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式。通過(guò)計(jì)算機(jī)三維造型軟件CATIA對(duì)熏香3D打印機(jī)的各零部件進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、仿真裝配、有限元分析，按照

5、設(shè)計(jì)思路與樣機(jī)模型完成了試驗(yàn)樣機(jī)的制作。利用鋁合金型材構(gòu)建臺(tái)架，在臺(tái)架上應(yīng)用直線同步帶型導(dǎo)軌搭建三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算選定了減速機(jī)，確定了交流伺服電機(jī)功率。安裝鏈板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)間歇運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熏香制作的連續(xù)生產(chǎn)。
　　熏香3D打印機(jī)控制系統(tǒng)選用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉。打印產(chǎn)品可以通過(guò)計(jì)算機(jī)繪圖，通過(guò)ArtCam軟件進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，通過(guò)優(yōu)盤輸入數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施打印過(guò)程。
　　通過(guò)初步實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熏香原料與

6、水的混合比例、擠出壓力、打印速度、出料口與打印平臺(tái)的距離、模型復(fù)雜程度等因素對(duì)熏香成型效果的影響較大，首先采用單因素試驗(yàn)分析了各因素對(duì)成型效果的影響趨勢(shì)，根據(jù)對(duì)成型效果的影響不同將影響因素區(qū)分為主要因素與次要因素。采用四因素五水平旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)分析了各因素在共同作用條件下對(duì)成型效果的影響，并利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了擠出壓力、打印速度、出料口與打印平臺(tái)距離、模型復(fù)雜程度與成型效果之間的響應(yīng)面關(guān)系。經(jīng)過(guò)分析