聚合物熔體微分3D打印成形機理與實驗研究.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，并從熔體微分擠出、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)熔體微分擠出過程及動力學分析，提出熔體擠出流量受閥腔背壓驅(qū)動的壓差流動和閥針運動產(chǎn)生的剪切流動綜合作用的影響，并通過數(shù)值模擬分析相關(guān)工藝參數(shù)對熔體擠出流量的影響。
　　針對大

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;運用“生死單元法”進行數(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。
　　在實驗研究方面，首先設(shè)計并制造了熔體微分3D打印成形實驗裝置，其裝置閥針根據(jù)驅(qū)動方式的不同分為電磁式和氣動式兩種，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;該實驗裝置為后續(xù)實

4、驗奠定設(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)對成滴的影響;分別以PP和PLA為實驗耗材開展微滴堆疊成形的研究，分析耗材屬性對成形精度的影響。
　　為驗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)合材料為例開展實驗，并分析相關(guān)工藝參數(shù)對制品性能的影響。
　　開展大型工業(yè)級熔體微分3D打印實驗研究，優(yōu)化了原設(shè)計