基于顆粒料成型的3D打印機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)問題研究.pdf

1、市面上現(xiàn)有基于熔融擠出沉積技術(shù)（FDM）的3D打印機(jī)主要以絲狀成型材料為主。一方面，這類材料的制備由大型專用塑料擠出機(jī)完成，因此用戶需要向廠家支付昂貴的耗材費(fèi)用，且3D打印設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，致使用戶不堪重負(fù)。另一方面，用戶在設(shè)備日常使用過程中不可避免的會產(chǎn)生一些不合格和用后廢棄的制件，這些制件可以回收利用。同時，為適應(yīng)農(nóng)業(yè)院校農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品研發(fā)過程中對3D打印機(jī)的要求（較低的運(yùn)行成本和較大的成型空間），本文提出一套基于顆粒體進(jìn)料方式噴頭的

2、3D打印廉價解決方案。為順利實(shí)現(xiàn)該方案，本文針對3D打印機(jī)涉及的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動控制、噴頭設(shè)計(jì)及試驗(yàn)、制件剪切力學(xué)性能和回收造粒裝置等關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)研究。具體內(nèi)容如下：
　　(1)搭建3D打印機(jī)的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)
　　介紹了基于FDM原理的打印機(jī)打印成型工藝過程和打印機(jī)的重要組成部分。確定基于FDM原理打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則。進(jìn)行了打印機(jī)噴頭與熱床安裝位置及最大成型空間選取的分析。完成了打印機(jī)機(jī)械系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵

3、部件設(shè)計(jì)，并確定了線性滑塊、框架、同步帶的尺寸參數(shù)，最后試制可成型顆粒體材料的3D打印機(jī)。闡述了打印機(jī)控制系統(tǒng)的組成，并進(jìn)行了適合本文設(shè)計(jì)打印機(jī)的固件參數(shù)配置。開展了打印機(jī)三軸運(yùn)動精度試驗(yàn)，得到了打印機(jī)各軸運(yùn)動的定位精度與重復(fù)定位精度。
　　(2)設(shè)計(jì)、試制與試驗(yàn)基于兩種不同方案的顆粒體進(jìn)料方式3D打印噴頭
　　方案一參考輕工制造業(yè)中塑料擠出機(jī)的工作原理，采用蝸輪蝸桿減速，利用自制的漸變槽深微型擠出螺桿作為主要工作部件，同時

4、綜合考慮風(fēng)扇+散熱片進(jìn)行散熱處理和隔熱材料進(jìn)行隔熱處理。方案二則以市售成熟的絲材進(jìn)料方式3D打印噴頭——J-head為藍(lán)本進(jìn)行改制，采用齒輪副減速，利用改制支羅螺桿進(jìn)行送料擠出。進(jìn)行了兩種方案噴頭設(shè)計(jì)、試制和試驗(yàn)。并且對試驗(yàn)結(jié)果提出解決措施。
　　(3)測量PLA、ABS塑料制件的剪切力學(xué)性能
　　以設(shè)計(jì)回收造粒裝置為目的，通過壓向剪切試驗(yàn)，測量以PLA、ABS材料為成型材料的塑料制件的剪切性能。測量出PLA、ABS塑料制件

5、在四種不同填充角度下，制件的最大剪切強(qiáng)度；及在不同填充密度下，PLA、ABS塑料件剪切強(qiáng)度與填充密度的關(guān)系。通過試驗(yàn)得到：PLA塑料制件最大剪切強(qiáng)度為14.72MPa，ABS塑料制件的最大剪切強(qiáng)度為12.56MPa。并且，兩者的剪切強(qiáng)度都隨著填充密度增加而增加。
　　(4)設(shè)計(jì)剪切造粒裝置
　　以測量的ABS、PLA最大剪切強(qiáng)度為前提，設(shè)計(jì)出為打印機(jī)提供顆粒體成型材料的回收造粒裝置。確定了回收造粒裝置主要零部件的尺寸參數(shù)，并