高聚物熔體微滴噴射成型特性研究.pdf

1、3D打印的技術(shù)理念早在二十世紀(jì)九十年代中期就已初步成型。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，這種結(jié)合了多種先進(jìn)制造技術(shù)于一身的新型制造方法迅速發(fā)展。3D打印從最初的單一堆疊方式，發(fā)展到今天的熔融沉積式、粉末燒結(jié)式、光固化式、微滴噴射式等多種成型方法。其中，微滴噴射3D打印可實(shí)現(xiàn)微量液滴的精確分配與定點(diǎn)沉積，使成形材料的微觀組織較傳統(tǒng)工藝制備的微觀組織更為細(xì)小、均勻，制件性能也相對(duì)較高。而如何實(shí)現(xiàn)液滴的穩(wěn)定均勻噴射，是保證微滴噴射3D打印實(shí)現(xiàn)高精度成型的

2、研究重點(diǎn)。
　　本文基于前人對(duì)噴射成滴機(jī)理的研究成果，詳細(xì)描述了高聚物熔體的噴射成滴的微觀過(guò)程，并運(yùn)用能量方程和平衡方程對(duì)熔滴的沉積機(jī)理和堆疊機(jī)理進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并得出了影響高聚物熔體噴射的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種用于高聚物熔體的微滴噴射裝置，并對(duì)不同工藝參數(shù)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終提高了熔滴的噴射穩(wěn)定性和均勻性和熔體堆疊成型的精度。
　　首先，對(duì)高聚物熔體微滴噴射機(jī)理進(jìn)行了理論研究。運(yùn)用能量守恒定律，得出了噴射速度

3、、粘滯力等影響熔滴沉積最大鋪展直徑的參數(shù);研究從單獨(dú)噴射熔滴出發(fā)，由線型沉積到面沉積，得到了重合度對(duì)液滴陣列堆疊形態(tài)的影響和影響重合度的工藝參數(shù)，如噴射頻率、噴嘴移動(dòng)速度和熔滴直徑等;針對(duì)3D打印制品中常見的錯(cuò)層、翹曲等變形現(xiàn)象建立了簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，對(duì)其在成型過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了理論推導(dǎo)，得出了變形的根本原因?yàn)閷娱g的應(yīng)力應(yīng)變分布不均，同時(shí)得到了影響其應(yīng)力應(yīng)變分布的參數(shù)值如層高、沉積路徑等。以上分析由點(diǎn)到面最終到體，逐步剖析了熔滴噴射沉

4、積過(guò)程的機(jī)理，最后以熔體微滴沉積成型制品精度為落腳點(diǎn)，為高聚物熔體微滴噴射裝置的工藝參數(shù)研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，針對(duì)上文所述影響高聚物熔體微滴噴射的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套電磁鐵驅(qū)動(dòng)的針閥式微滴噴射裝置。對(duì)螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、加熱器等進(jìn)行選型計(jì)算，并設(shè)計(jì)了三維移動(dòng)平臺(tái)，對(duì)塑化螺桿進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最終采用等距變深螺桿;設(shè)計(jì)了幾種不同的閥針結(jié)構(gòu)與噴嘴結(jié)構(gòu)，根據(jù)其不同特點(diǎn)及對(duì)高聚物熔體的適配性，最終選擇了微柱塞式噴嘴，實(shí)現(xiàn)了熔滴的

5、穩(wěn)定噴射;對(duì)第一代噴射裝置在三維移動(dòng)平臺(tái)的穩(wěn)定性、熔體塑化裝置的結(jié)構(gòu)和閥針驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并設(shè)計(jì)了第二代裝置，提高了噴射裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，和熔滴的噴射精度。
　　最后，高聚物熔體在實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定成滴過(guò)程中需要解決以下四點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)，分別為熔滴的尺寸控制、相鄰熔滴間的分離度大小控制、連續(xù)成滴的可控性和熔滴固化形態(tài)控制。針對(duì)以上關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)噴射成滴過(guò)程中熔滴空中形態(tài)、熔滴沉積形態(tài)以及堆疊制品形狀在不同工藝參數(shù)下的影響及變化進(jìn)行了實(shí)