3DP成形技術(shù)的機理研究及過程優(yōu)化.pdf

1、采用液滴噴射的三維打印成形是目前快速成形中最具有生命力的技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。它適合家用電器、辦公室用品、建筑模型、醫(yī)學(xué)模型等行業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)。該技術(shù)無需激光系統(tǒng)，造價和使用成本低，且可靠性高，設(shè)備體積小，成形速度快，是一種能夠被普及的快速成形系統(tǒng)。本研究工作旨在開發(fā)具有工業(yè)應(yīng)用前景、速度高、設(shè)備和材料成本低、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的經(jīng)濟型三維打印成形系統(tǒng)。 本文系統(tǒng)地分析了噴射液滴的形成和液滴與介質(zhì)表面的交互作用。將熱氣泡按需落

2、下噴射模式應(yīng)用于三維打印成形，描述了液滴的流體動力學(xué)特性。對液滴與介質(zhì)表面的沖擊、鋪展、潤濕和滲透的交互作用機理進行分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇合適的材料和工藝參數(shù)提供依據(jù)。 針對經(jīng)濟型快速成形的市場應(yīng)用需求，設(shè)計了基于液滴粘接粉末的三維打印成形系統(tǒng)，確定了合理可靠的機械和控制系統(tǒng)。對粉末鋪覆裝置進行創(chuàng)新設(shè)計，采用上供粉方式，并與輥子運動集成，形成獨立模塊，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠適合多種粉末的鋪覆，并能夠節(jié)約材料，使工作環(huán)境更友好。

3、對三維打印成形的材料，尤其是粉末材料進行了詳細討論，分析了粉末的形狀、粒度、粒度分布，粉末密度和成分以及溶液飽和度等對成形的影響，介紹了淀粉、陶瓷、石膏等粉末及其粘接材料。開發(fā)了石膏基復(fù)合粉末和與之匹配的粘接溶液，通過試驗和制件微觀組織的分析，確定了主要添加劑成分以及在成形過程中的作用，并對所選用粉末的和粘接溶液的物化性能進行了測定。三維打印成形受到材料特性、噴射掃描模式、鋪粉過程等因素的影響，論文總結(jié)了成形制件可能出現(xiàn)的各種缺陷，并對

4、缺陷的產(chǎn)生機理進行分析，為成形材料和工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供依據(jù)。 將帶限制的混料均勻設(shè)計應(yīng)用于粉末的配方設(shè)計，在不影響分析粉末成分對制件性能影響規(guī)律的前提下，極大地減少了試驗次數(shù)。采用多項式加上倒數(shù)項的非線性回歸模型，得到了粉末配方對制件各種性能的回歸方程組，建立粉末配方的多目標優(yōu)化模型。求解最優(yōu)配方并進行試驗驗證，其誤差小于10％，回歸和優(yōu)化結(jié)果在試驗涵蓋的范圍內(nèi)有效，可作為配方選擇的依據(jù)。上述方法具有共性，同樣適用于其他類

5、型成形材料的開發(fā)。 通過選擇合理的工藝參數(shù)，可以控制制件的微觀組織結(jié)構(gòu)和宏觀機械特性。采用慢速噴射掃描模式、減小層厚、提高輥子轉(zhuǎn)速以及降低輥子的移動速度，可以提高粉末層中溶液的飽和度和粉末致密度，從而提高制件的密度和抗壓強度。此外，制件抗壓強度的變化規(guī)律與密度基本一致。根據(jù)三維打印成形的特點設(shè)計了標準測試件，并制定了綜合性能指標評價體系，采用正交法設(shè)計試驗，對試驗結(jié)果進行直觀分析和方差分析，確定了最佳工藝參數(shù)。 本文開發(fā)