浆料直写陶瓷3D打印挤出环节的流动分析研究

利用浆料直写技术可实现陶瓷3D打印的无模常温成型,基于螺杆挤出机在食品加工等领域的广泛应用,提出一种螺杆挤出结构代替原有的针筒式挤出结构,为了理解陶瓷浆体在螺杆螺道内的流动情况,首先通过流变仪测定了浆体的流变特征并采用MATLAB拟合了浆体的本构方程,最后利用格子Boltzmann方法(LBM)对流动过程进行了分析,获得了流线图及速度场分布情况,由数值模拟的结果可以发现,浆体的流动主要集中在螺道的中部,而在靠近壁面的部分速度较小.     

剪刀式单螺杆螺棱头数和螺棱与机筒间隙对挤出流场影响的计算机模拟

针对剪刀式单螺杆挤出机的几何结构进行优化改进,改变对挤出流场影响较大的螺杆螺棱头数和螺杆螺棱与机筒螺棱之间间隙两种参数,通过Polyflow软件模拟等温状态下聚乙烯(PE)熔体在不同结构参数下的剪切挤出过程.对最大剪切速率、最大剪切应力和压力3个指标进行多角度分析.研究结果发现:螺杆螺棱头数的增加会使单螺杆挤出机的剪切...     

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。     

基于FDM的PEEK丝材挤出工艺研究

采用差示扫描量热仪对PEEK的熔点温度进行了测量,确定了挤出成型加热温度范围;用毛细管流变仪对PEEK的流变性进行表征,研究了该材料在剪切速率下的流动性,并获得剪切速率—黏度和剪切速率—剪切应力曲线,为后期挤出成型工艺提供了重要的参考数据;为了精确控制PEEK挤出成型过程中的线径,研究了单螺杆挤出成型机挤出成型过程中主要工艺参数对不同线径的影响规律。实验结果表明:进料区温度370℃,送料区温度372℃,挤料区温度368℃,螺杆速度11.3 mm/min,收卷速度20 mm/min,牵引速度2.6 mm/min时,线径可控制在(1.75±0.05)mm范围内。     

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。     

技术文摘专栏

振动强化塑料挤出混合过程的多物理场数值模拟 【摘要】：借助流体动力学软件Polyflow对单螺杆挤出机压缩段进行简化建模与模拟仿真,研究了稳态与动态加工成型条件对螺槽流道内速度场、压力场、剪切速率场、黏度场等物理场的影响。结果表明：振动强化成型时,各物理场随时间动态变化,     

Troester公司生产各种挤出机

Troester是一家全球领先的橡胶和电缆挤出装置供应商。针对轮胎行业,该公司能够提供各种挤出装置。例如：单螺杆,双螺杆,三螺杆及复合型冷热喂料挤出机,滚筒机头和单辊滚筒机头。Troester可以根据顾客的要求生产可挤出各种部件及设备。     

喷墨式水泥3D打印喷头泥浆流动规律分析

基于熔融沉积成型3D打印工艺,介绍了喷头直接挤出水泥浆的喷墨式水泥3D打印工艺,并通过进料口压力、喷口直径、螺杆转速和螺杆几何尺寸对喷头出料率影响的实验,研究了喷头内水泥浆的流动规律,指出了影响喷头出料的关键因素.     

等牙顶宽变螺距螺杆的数控四轴铣削加工

变螺距螺杆在实际生产中应用并不鲜见,如在塑料、橡胶、造纸等行业使用的挤出螺杆,饮料罐装机械中的定距分隔定时供给装置等。此外,变螺距螺杆在航空机械、船舶工业及医疗器械等领域都有相当关键的应用。所以,对于此类螺杆的设计与加工,也日益成为机械工程人员需要攻关的课题之一。     

单螺杆往复式混炼机的结构特点及加工纳米复合材料原理分析

分析了一种新型塑料挤出设备的结构型式。通过与传统单(双)螺杆挤出机进行分析比较,说明了该种单 螺杆往复式混炼机的加工原理及运动特点。使用该设备制备了有机/无机纳米复合材料,并对其中纳米填料的分散 性能进行了TEM(透射电子显微镜)测试。结果表明:单螺杆往复式混炼机分散性能优异,在一定程度上有助于纳 米颗粒软团聚的打开。与普通单(双)螺杆混炼设备相比,无机填料在聚合物基体中分布更为均匀,分散效果更好。     

一种消费级3D打印丝材挤出成型装置设计

以某项目研制的3D打印丝材挤出成型系统为研究对象,该系统是基于高分子材料挤出成型理论开发而成,旨在解决FDM型3D打印耗材价格高、废弃耗材难以再利用等问题。该系统螺杆采用自主设计的渐变型螺杆;动力部分采用步进电机,有效提高了挤出稳定性。此外,还设计开发了新型耗材牵引装置,并创造性地采用了麻花轴耗材导向装置,解决了耗材卷取过程的导向问题。整个装置总体结构设计精巧、紧凑、成本低且操作方便,希望能够为相关专业研究提供帮助。     

单螺杆挤出机并联式稳压装置的模拟计算

研制了单螺杆并联式稳压装置,建立了高聚物为等温幂律流体稳压装置的数学模型,用MathCAD软件对该模型进行了数值模拟。给定主螺杆末端的压力波动,计算了稳压螺杆对压力波动的调节能力,分析了影响稳压螺杆稳压效果的各种因素。结果表明:若固定稳压螺杆转速,通过自动调节稳压螺杆中高聚物熔体的存留长度,可补偿主螺杆压力和产率波动的97.6％;若调节稳压螺杆的转速,则可完全补偿主螺杆压力和产率的波动。     

纳米金刚石薄膜制备技术的研究进展

介绍纳米金刚石薄膜的特性和应用,综合叙述以化学气相沉积技术为基础、拓展多种纳米金刚石薄膜制备技术的研究进展,分析纳米金刚石薄膜的特性机理,并展望今后的研究方向.     

纳米粗糙间隙中季戊四醇四酯的薄膜润滑行为

采用分子动力学模拟方法建立光滑和粗糙2种固体壁面结构,研究季戊四醇四酯润滑剂在不同压力、薄膜厚度下,在恒定剪切速度和温度下的薄膜润滑行为。分析壁面间润滑薄膜的密度分布,以及剪切过程中润滑剂的速度分布。输出固体壁面在x向和z向的力学响应,并计算摩擦因数。结果表明：表面纳米结构降低了润滑薄膜的厚度,减弱了润滑薄膜分层现象;当润滑薄膜厚度较大时,V形纳米沟槽有助于减小薄膜润滑系统的摩擦因数;润滑薄膜厚度较小时,V形纳米沟槽表面润滑状态容易从流体润滑转变到边界润滑状态,摩擦因数增大。     

粉末涂料用双螺杆挤出机的选型计算

提出了粉末涂料生产关键设备螺杆挤出机的选型原则与方法,通过对单螺杆挤出机与双螺杆挤出机特点的比较,确定粉末涂抖生产设备选用双螺杆挤出机.以年产150吨/年粉末涂料生产线为例,对双螺杆挤出机主要技术参数如转速、螺杆直径、螺杆长径比、螺距、双螺杆的中心距、主电机功率等进行了选型计算.运行结果表明:螺杆挤出机的主要参数符合设计要求,运行稳定,随机抽测的粉末涂料的产品质量良好,达到粉末涂料静电喷涂的要求.     

小型化热丝CVD金刚石膜沉积设备的研究与开发

对传统HFCVD金刚石膜沉积设备进行小型化改进,分析了传统沉积设备在真空系统和衬底机构结构上的不足之处;介绍了小型化CVD金刚石膜沉积设备的系统构成;详细描述了该小型化设备的真空系统和衬底摆动机构。该系统具有均匀的表面温度场和很高的运行稳定性,可以用于纳米金刚石薄膜和金刚石厚膜的沉积,制备的纳米金刚石薄膜晶粒大小基本上都在200 nm以下,纳米硬度为(450~700)GPa;沉积的金刚石厚膜直径达93 mm,晶粒完整均匀。     

Al2O3 陶瓷墨水的乳化分散制备工艺

以纳米α-Al2O3为原料,用乳化分散法制备Al2O3陶瓷墨水,探讨了制备工艺条件对墨水理化性能的影响.结果表明,以异丙醇/乙醇二元混合溶液为溶剂,通过选择分散剂品种、控制分散剂用量、乳化剪切转速、分散时间、固相含量等条件,可制备出分散稳定性良好的Al2O3陶瓷墨水.打印实验证明乳化分散法制备的Al2O3陶瓷墨水能够满足喷墨打印的要求.     

基于微滴喷射3D打印的纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射研究

微滴喷射3D打印工艺中,墨水以单一液滴形式稳定喷射是保证喷墨打印质量的必要条件。但在微滴喷射瞬间,纳米颗粒悬浮墨水的流变学性能会随着剪切速率发生明显变化,对实现墨滴稳定喷射具有重要影响。通过测量墨水黏度与剪切速率之间的关系,建立变黏度喷墨打印有限元模型,并对微滴喷墨打印过程中墨滴黏度、墨滴速度、墨滴形貌的变化规律及影响机理进行研究。得出毛细管力是导致墨滴失稳的重要因素,最后对墨滴稳定喷射进行了数值模拟和物理试验验证,证明毛细管数-奥内佐格倒数(Capillary-ohnesorge reciprocal,CA-Z)纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法的可行性。CA-Z纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法为微滴喷射3D打印墨水的制备及其打印参数的优化提供了理论和试验依据。     

类金刚石薄膜微观摩擦性能的FFM评价——针尖尺度效应

采用等离子体增强气相沉积制备了类金刚石薄膜，利用原子力显微镜的轻敲模式观察了它们的形貌，并在考虑外加载荷和扫描速度的基础上，用摩擦力显微镜（FFM）对比考察了尖端探针和平头探针对类金刚石薄膜摩擦性能评价的影响。结果表明：类金刚石薄膜的表面粗糙度随基底负偏压的增加而减小；存在于探针和类金刚石薄膜之间的水膜对尖端探针的剪切阻力贡献较大，且尖端探针测得的摩擦力变化趋势受扫描速度影响显著；水膜对平头探针起着不同形式的润滑作用，从而导致平头探针和类金刚石薄膜之间摩擦性能的速度效应存在差异；利用摩擦力显微镜考察类金刚石薄膜的摩擦性能时，存在着明显的针尖尺寸效应。     

聚合物熔体微滴喷射装置设计

针对现有3D打印制造技术对材料种类与形状的限制,结合现有微滴喷射制造技术,设计出了一种由螺杆挤出建压系统,电磁铁驱动的机械冲击系统,加热系统,温控系统和三维移动平台组成的聚合物熔体微滴喷射装置,并介绍了其工作原理。采用PP(聚丙烯)粉料作为熔体微滴喷射装置试验用料,通过调节加热温度,螺杆转速,机械冲击脉冲频率,喷嘴和基台距离等工艺参数和机械参数,实现了均匀可控的熔体输送和熔滴喷射,极大的拓展了传统聚合物3D打印所需材料种类与形状限制。