聚合物熔體微分3D打印成形機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、多品種、小批量生產(chǎn)模式已成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢。面對(duì)日趨復(fù)雜、多樣的塑料制品的需求，傳統(tǒng)的注塑工藝需制備大量復(fù)雜模具，浪費(fèi)大量能源及原材料;而采用3D打印技術(shù)制備塑料制品，具有可加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品、近凈成形、無需模具、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的優(yōu)勢。
　　本文總結(jié)了高分子材料3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程及主要技術(shù)分類，分析了3D打印技術(shù)在高分子材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展趨勢;闡明現(xiàn)有熔融沉積成形工藝存在適用耗材少、成形速度低的局限;基于此，提

2、出一種新型熔融沉積成形方法——聚合物熔體微分3D打印成形。
　　在成形機(jī)理研究方面，首先闡述了熔體微分3D打印基本概念，并從熔體微分?jǐn)D出、熔體區(qū)域微分填充兩方面研究相應(yīng)的理論模型及工藝控制方法，并分析了熔體微滴堆疊自由成形的可行性。
　　其次，根據(jù)熔體微分?jǐn)D出過程及動(dòng)力學(xué)分析，提出熔體擠出流量受閥腔背壓驅(qū)動(dòng)的壓差流動(dòng)和閥針運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切流動(dòng)綜合作用的影響，并通過數(shù)值模擬分析相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)熔體擠出流量的影響。
　　針對(duì)大

3、尺寸塑料制品成形過程中易發(fā)生翹曲變形的問題，分析通過區(qū)域微分填充的方式降低翹曲變形的可行性;運(yùn)用“生死單元法”進(jìn)行數(shù)值模擬，用于研究區(qū)域微分單元格尺度及打印噴頭數(shù)量對(duì)溫度場及應(yīng)力場的影響，以便改善熱應(yīng)力變形的問題。
　　在實(shí)驗(yàn)研究方面，首先設(shè)計(jì)并制造了熔體微分3D打印成形實(shí)驗(yàn)裝置，其裝置閥針根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同分為電磁式和氣動(dòng)式兩種，并按照耗材塑化裝置、按需擠出裝置、堆積成形裝置和設(shè)備控制單元的順序分段闡述該裝置;該實(shí)驗(yàn)裝置為后續(xù)實(shí)

4、驗(yàn)奠定設(shè)備基礎(chǔ)。
　　其次，依據(jù)熔體微滴堆疊自由成形的可行性分析，開展熔體微滴成形尺度及均勻性的研究，分析相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)成滴的影響;分別以PP和PLA為實(shí)驗(yàn)耗材開展微滴堆疊成形的研究，分析耗材屬性對(duì)成形精度的影響。
　　為驗(yàn)證新裝置在制備軟性及脆性材料制品方面的優(yōu)勢，分別以TPU彈性體及CNT/PLA導(dǎo)電復(fù)合材料為例開展實(shí)驗(yàn)，并分析相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)制品性能的影響。
　　開展大型工業(yè)級(jí)熔體微分3D打印實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)化了原設(shè)計(jì)