微流挤出成形工艺挤出胀大机理研究

微流挤出成形是陶瓷快速成形领域的一种新兴工艺,由微流挤出成形工艺和3D打印技术结合形成的陶瓷浆料3D打印,具有陶瓷成形过程简单,成本低的优势。在陶瓷浆料3D打印中,陶瓷浆料挤出过程存在挤出胀大现象,导致挤出丝的形状发生改变,降低了陶瓷产品的成形精度。通过ANSYS软件对不同流道结构下陶瓷浆料挤出过程进行模拟分析,对不同流道下陶瓷浆料挤出胀大情况进行对比,并对挤出压力和挤出口挤出速率进行模拟计算。结果表明：影响陶瓷浆料挤出胀大的因素有陶瓷浆料在流道截面变化处的弹性效应以及在挤出头内的弹性回复,最后进行陶瓷浆料挤出实验对仿真结果进行验证。     

基于螺杆泵送料的陶瓷三维打印机挤出机理

微流挤出堆积成形精度主要受打印材料和工艺参数的影响。为了提高陶瓷制件的打印精度，采用螺杆泵输送浆料，以保证浆料连续进给、压力恒定，实现非连续打印；对打印材料进行流变特性分析，根据打印平台结构参数计算挤出速度与流量；最后，建立数学模型，将材料流变特性与平台运动参数合理匹配，并进行了相关实验。实验结果与理论计算结果相一致，验证了送料机构与该数学模型可提高打印精度。     

多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

层高对陶瓷浆料微流挤出成形质量的影响研究

为了确定微流挤出成形陶瓷浆料的最佳层高以及能够成形的最大高度,针对氧化锆陶瓷浆料,分析了丝体从喷头挤出后喷头与沉积丝体之间的5种高度关系,探讨了层高对打印质量的影响机理,并根据浆料特性建立了层间压缩形变模型;通过不同喷头直径和不同层高的3D打印工艺实验,采用数码显微镜扫描、尺寸测量及力学实验等方法对打印试样的表面形貌、成形精度及力学性能等进行了测量与表征,验证了所建模型的正确性。结果表明,当层高与喷头直径的比值分别为0.96、0.92、0.86、1、1.2时,打印质量从优到劣依次递减,因此,合理的层高设置可以减少陶瓷零件的打印缺陷,提高打印质量,为基于材料挤出工艺的参数选择提供一定的理论指导。     

功能梯度材料混合及挤出过程中螺杆参数分析与设计

为了解决微流挤出工艺制备功能梯度材料混合挤出过程中过渡不均匀现象,建立了在混合挤出过程中体积流量与材料流变特性、螺杆结构参数及螺杆转速之间关系的数学模型,得到了适用于三维打印功能梯度材料混合挤出式螺杆设计的解析关系。研究了螺杆结构设计及参数间的关联关系,分析了设计参数对工作性能的影响,得到了功能梯度材料在螺旋槽内混合挤出分布规律,其中,螺杆转速是影响体积流量的主要因素,槽深与螺旋角是浆料混合过程中形成滞留区的关键因素,最后,使用特定参数下的螺杆结构进行混合挤出试验验证。结果表明：采用优化的螺旋参数能够保证一定体积流量下的打印零件的成形效果,为混合挤出式螺杆的优化设计提供理论支持。     

挤出成形3D打印机扫描速度与挤出速度实时匹配的研究

自由挤出成形(Extrusion free-forming, EFF)是对封装在料筒内的浆料施加外部载荷,迫使其通过微小流道挤出,并在X、Y平面上进行逐层堆积的3D打印增材制造技术。利用挤出成形技术可实现陶瓷制件的直接打印制造,打印过程中,成形平台在路径拐点处的光滑过渡、材料挤出速度与成形平台扫描速度的实时匹配是提高制件成形精度的重要方法之一。本文通过对依据扫描路径信息进行实时速度匹配算法的研究,建立了以STM32为核心,可以实现扫描速度预规划、挤出速度与扫描速度实时匹配的控制系统,从而为提高陶瓷制件成形精度提供一定借鉴价值。     

挤出式3D打印机压力系统的模糊自适应控制

陶瓷浆料的挤出成形系统具有较强的参数时变性,传统的PID控制方法难以精确控制实现挤出压力的快速稳定,造成料筒内陶瓷浆料受力紊乱,影响挤出丝的成形质量进而影响陶瓷制件的精度。针对以上问题,对陶瓷浆料挤出过程中的压力变化进行分析,在传统PID控制的基础上,引入模糊自适应PID控制方法控制打印系统的挤出过程,并进行了过程仿真和实验。结果表明,模糊自适应PID控制方法优于传统PID控制方法,可以快速有效地稳定挤压力,提高陶瓷零件成形质量。     

陶瓷挤出和喷射增材制造技术研究进展

增材制造技术被认为是解决复杂结构陶瓷零部件制造的有效新途径之一.其由点-线-面-体累加成型的制造过程还为具有特殊宏微观结构的陶瓷零部件赋予了一体化的结构功能特性.综述了熔融沉积造型、挤出直写、喷墨打印以及粘接剂喷射等四种基于挤出或喷射成型原理的陶瓷增材制造技术的历史起源、工作原理、原材料制备以及打印工艺研究等内容,并结合研究实例探讨打印件性能与应用研究.通过不同技术的特点对比,提出目前陶瓷挤出喷射增材制造技术面临的主要挑战并进行了展望.     

陶瓷挤出和喷射增材制造技术研究进展

增材制造技术被认为是解决复杂结构陶瓷零部件制造的有效新途径之一.其由点-线-面-体累加成型的制造过程还为具有特殊宏微观结构的陶瓷零部件赋予了一体化的结构功能特性.综述了熔融沉积造型、挤出直写、喷墨打印以及粘接剂喷射等四种基于挤出或喷射成型原理的陶瓷增材制造技术的历史起源、工作原理、原材料制备以及打印工艺研究等内容,并结合研究实例探讨打印件性能与应用研究.通过不同技术的特点对比,提出目前陶瓷挤出喷射增材制造技术面临的主要挑战并进行了展望.     

微流挤出工艺的分层算法研究

在3D打印技术中,模型切片是非常重要的一环,一个好的模型切片算法不仅可以提高精度,同时也可以大大节约时间与内存空间。而在微流挤出成型工艺中,层片的厚度也对加工产品的质量有很大的影响,所以确定分层的厚度也是至关重要的。综合了现有的多种切片算法,根据微流挤出成型工艺的特点,提出了一种根据材料流变特性来确定层厚的基于模型几何信息的3D打印方法,经过大量的实验验证发现,这种算法确定的层厚与实际相符,并且算法大大减少了打印时间,增加了切片的精确度。     

聚合物双腔微管挤出成型工艺试验研究

针对尺寸小、壁厚不均匀、截面形状复杂的多腔微管挤出成型难度大的问题,以双腔异形微管为研究对象,在挤出过程中引入微量注气系统,采用非对称流动平衡设计方法和微细电火花成型加工技术,设计制造双腔异形微管直角挤出模具。以聚丙烯为试验材料,以双腔微管制品截面的轮廓椭圆度和壁厚均匀度为评价指标,研究微管挤出成型中主要工艺参数对制品形状精度的影响规律。试验结果表明,型腔注气量、螺杆转速、模具温度、水箱真空度和牵引速度对制品椭圆度的影响依次减弱;制品壁厚均匀度主要取决于挤出模具,基本不受工艺参数变化的影响。通过对试验规律的分析,揭示不同工艺参数对双腔微管制品截面变形的作用机理,并得出较优的工艺参数组合,获得满足设计要求的双腔微管制品。     

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料（Polymer matrix composites，PMC）成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性，尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题，提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验，揭示了主要工艺参数（碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等）对于打印件分辨率（精度）和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台，并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式，实现了多层石墨烯/聚乳酸（Polylactic acid，PLA）和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明，提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型（使用内径300 μm喷嘴，实现了分辨率为40 μm的PMC特征结构制造），而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。     

基于Fluent的滑片泵式挤出机构速度场和温度场分析

针对滑片泵的工作性能稳定、效率高等特点,将其应用于FDM3D打印机挤出机构之中。应用流体力学软件Fluent对滑片泵的内部流场进行分析,得到滑片泵温度场和内流域流体速度场的分布。分析结果表明滑片泵内温度分布均匀、液体流速平稳,满足FDM3D打印机的需求。分析结果对挤出机构的优化和改进具有参考价值,同时对滑片泵的创新性设计提供新的方法。     

陶瓷零件低温挤压自由成形工艺挤压过程及液相迁移

水基陶瓷膏体低温挤压自由成形过程中,液相迁移对挤压过程和成形件的性能有重要影响。将挤压过程分为压实阶段、过渡阶段及稳定挤压阶段,基于Benbow-Bridgwater模型推导出各阶段的挤压力方程。采用单因素试验法研究了挤出速度、间隔时间和挤出喷嘴直径对水基陶瓷膏体挤压过程中液相迁移的影响。试验结果表明,增大挤压速度,采用大直径挤出喷嘴,缩短间隔时间,均能有效减小挤压过程中的液相迁移,提高成形质量。     

螺杆钻具接头热镦挤成形技术研究

概述了塑性成形的基本原理,分析了螺杆钻具接头在热镦挤成形过程中载荷随工件变形量的变化、工件表面应力以及工件在成形过程中的金属流动情况,确定了螺杆钻具接头热镦挤成形所需要的镦挤压力和成形温度,设计了热镦挤成形试验装置的基本结构,并通过试验验证了这种螺杆钻具接头加工方法的可行性。     

高精密点胶螺杆泵的参数分析与性能研究

针对电子封装对胶液分配具有高精度的控制要求,基于单螺杆泵的运动学特性建立边界条件,采用三维计算流体力学软件对精密螺杆泵流场模型进行数值分析,研究了螺距、偏心距、转速和压差等参数对高精密点胶螺杆泵压力和流量稳定性的影响,得到使螺杆泵性能较优的T/D,T/e区间和适宜的转速区间,为确定合理的高精密点胶螺杆泵的结构参数和运行参数提供了理论依据。     

陶瓷浆料微流挤压成形关键问题研究

利用流体力学理论,针对基于微流挤压成形的陶瓷浆料挤出过程的关键部件挤压凹模的流道形状进行了设计,使用ANSYS软件对挤压凹模出口横截面的流速和流道内部压力场的分布情况进行模拟,分析了四种不同流道形状挤压凹模内部压力场和出口流速的分布规律。研究结果为解决陶瓷浆料挤压成形工艺的难点问题提供了理论依据,具有重要的参考价值。     

FDM工艺出丝过程影响因素分析

介绍了FDM工艺的送丝出丝过程以及与此有关的脉冲发生器和步进电动机驱动器，阐述了送丝速度，螺杆转速和挤出速度三者之间的关系，通过实验给出了挤出速度的实测值。最后着重分析出丝过程的影响因素，说明各因素间的合理组合对正常出丝的重要性。