纳米金刚石浆体3D打印机单螺杆挤出装置的优化及分析

针对纳米金刚石薄膜在光学、电学和医学等方面的广泛应用,设计了一款新型单螺杆挤出型3D打印机,用于制备纳米金刚石薄膜。为了保证纳米金刚石浆体流速和提升打印质量,首先利用Polyflow软件仿真3种不同的单螺杆挤出装置。对比分析了挤出过程中的压力场、剪切速率场以及速度场。结果表明在相同转速下,恒定螺距的最大建压能力为3.571×10⁷ Pa,局部剪切速率最高为10 m/s,且轴向速度较为稳定,说明恒定螺距单螺杆能够提升浆体在输送过程的有效停留时间及混合度;然后使用最小二乘法对恒定螺距的螺杆转速与螺杆挤出口平均流速进行数据拟合,得到转速与挤出口平均流速的数学方程为y=0.001 85x+0.000 131,表明恒定螺距螺杆挤出装置的转速能够规律性地调节挤出口平均流速;最后通过恒定螺距螺杆挤出装置进行打印验证。实验结果表明,该挤出装置在满足打印效率以及精度的前提下,成功制备了纳米金刚石薄膜。     

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。     

螺杆加工塑料时熔体流动的数值模拟

为了解螺杆加工塑料时多因素交变作用下熔融塑料在螺槽中的流动状况,结合塑化时熔融塑料在螺槽中的受力、运动情况建立物理模型,推导基于时间过程的控制熔融塑料流动的偏微分方程,包括连续性方程、动量方程、本构方程.利用有限差分法离散偏微分方程得到代数方程组,通过数值计算方法,求解得到加工低密度聚乙烯(Low density polyethylene,LDPE)时熔融塑料在螺槽中流动的速度分布、切应力分布、压力分布.以工程中实际应用的螺杆参数为例计算,分析计算结果发现以下规律:在螺槽左下角和右下角部位熔融塑料流动速度和切应力基本为0;熔融塑料在螺槽中作螺旋形的总体运动,并受不同方向的交变切应力、压力作用.这些规律为改善设备性能和提高塑料加工质量提供指导作用.     

工艺参数对固体自由成型工艺中陶瓷膏体挤出过程的影响

基于陶瓷膏体挤出的固体自由成型(SFF)技术是复杂陶瓷零件制造技术的重要发展方向,膏体挤出过程的控制对SFF陶瓷零件制作工艺至关重要.研究了挤出速度和挤出口尺寸对水基膏体挤出过程的影响,结果表明:挤出压力随挤出速度和挤出口长度的增加而增大,挤出体液相含量在速度较低时偏离初始值,发生了液相迁移现象;挤出压力图和液相迁移的发生存在一定的关系;在挤出速度为0.15 mm/s,挤出头长度和直径分别为12～18 mm和1mm的情况下,膏体挤出过程不发生液相迁移现象,可用于陶瓷零件的SFF制造工艺.     

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。     

气压与螺杆挤出复合型陶瓷无模直写系统开发

针对90%以上的高固相质量分数陶瓷流体无模直写成型难的问题,对增材制造在陶瓷无模直写中的研究应用进展进行了归纳,对高固相质量分数的陶瓷流体的流变特性、挤出螺杆的结构设计等方面进行了理论分析,提出了一种气压与螺杆挤出复合型陶瓷无模直写系统。首先,根据非牛顿流体的流变特性,设计旋转螺杆提供向下推力,并可实现流体搅拌,去除了陶瓷流体内气泡的同时使其保持均匀;其次,根据增材制造的技术原理,完成了直写成型系统软件和硬件的开发,并搭建了直写成型平台;最后,对陶瓷无模直写成型中的木堆结构进行了打印测试。研究结果表明:所开发的直写系统能够实现高固相质量分数陶瓷流体的直写成型。     

基于POLYFLOW的汽车密封条挤出口模逆向设计研究

对某款汽车密封条挤出口模的逆向设计方法进行研究。运用POLYFLOW软件对密封条熔融体通过口模的挤出流动特性进行模拟分析,并提出了一种相对简洁的汽车密封条挤出口模逆向设计方法。模拟结果表明,密封条口模内流道熔融体挤出胀大的原因主要是由熔融体的部分弹性能得以回复和出口处熔融体速度的重分布引起。经与实际应用的口模进行比对,逆向设计出的口模横截面形状合理,可大幅度减少设计和修模时间,降低生产成本。     

基于数值分析的轮胎胶料共挤出口模设计

在轮胎胶料挤出生产中,口模的结构对共挤出产品的质量起着关键的作用,但在实际生产中,共挤出口模的设计主要依靠经验,口模设计质量的控制需要经过多次试模和修模。采用流体计算软件Polyflow进行轮胎胶料(TWD40/FS10)的共挤成型过程的三维数值模拟,分析共挤出过程中的速度、压力分布以及胶料熔体的流动情况,并通过试验验证模拟的可行性。针对初始口模设计的不足,提出增加窄缝区域高度和扩充口模入口的方法,有效解决初始模具设计中速度分布不均的问题,改善了口模中熔体的流动,提高了挤出质量,同时还降低了挤出过程中的能耗。利用数值方法可对共挤出口模结构进行设计,提出的口模设计方法可以对同类轮胎胶料共挤出口模结构的设计提供指     

精密点胶螺杆泵胶液流动分析与数值仿真

分析了胶液在精密点胶螺杆泵内的流动过程。把胶液在螺杆泵内的流动分成入口段、螺杆段和针头段三段进行分析;建立三维几何模型,利用流体仿真软件FLUENT对胶液在螺杆旋转条件下的流动过程进行数值模拟,得到了螺杆转速、螺槽尺寸、入口压力和针头大小等参数对挤胶量的影响规律。通过试验验证了仿真结果的合理性。研究结果为确定合理的螺杆泵几何参数及外部条件提供了理论依据。     

口模压缩段对塑料挤出流动影响的有限元分析

在塑料挤出成形过程中，压缩段是调节模头流道各部分流量(流速)的主要区段，对熔体的流动具有重要影响。本文采用有限元数值分析方法，计算了熔体在口模内流动的速度场和压力场，定量分析了压缩比和压缩角等压缩段模具结构参数对挤出速度分布、挤出流量和挤出流动均匀性等的影响规律，为优化流道结构参数，提高挤出流动均匀性的研究提供了基础。