螺杆挤出式3D打印机的设计与剪切性能分析

为了研究螺杆剪切性能对3D打印成型过程中物料熔融效果的影响,设计了一种螺杆挤出式3D打印机及不同的剪切段螺杆结构,分别建立螺杆的模型并对螺杆和流体域进行网格划分。以聚丙烯为打印材料结合流体仿真软件进行了剪切性能的数值模拟实验,对仿真实验结果的压力场和剪切速率场以及螺杆流道内粒子的停留时间进行分析。结果表明,棱柱型螺杆的最大压力与无剪切结构相比提高了0.13%左右,圆环型螺杆所形成的最大剪切速率相较于无剪切结构提升了约22.56%,圆柱型螺杆流道内粒子的停留时间最长。说明该结构可以增强物料的塑化熔融以及混合效果,在一定程度上还可以使材料内部无序的分子链重新分布,增强材料自身的性能。     

镍基高温合金激光熔覆数值模拟及回归正交试验优化

研究了高温镍基合金增材制造过程工艺参数与熔覆形貌、质量之间的关系。首先，利用ANSYS分析软件，采用APDL编程和生死单元技术在45#钢表面建立Inconel718激光熔覆模型，通过比较数值模拟和试验结果得到的熔池尺寸，从而验证模型的准确性，以减少后续的试验成本。然后，以熔覆层质量（成形系数）为指标，利用回归正交试验设计建立一次回归方程，研究工艺参数对熔覆层质量的影响次序，依次为激光功率、送粉速率、扫描速度。由方差分析可知，多因素交互作用对熔覆层质量影响不显著，而激光功率和送粉速率对熔覆质量影响最显著。因此，设计单因素试验分析其对熔覆层硬度、稀释率以及熔覆形貌的影响规律。通过方差分析预测最优方案为激光功率1200 W、扫描速度23 mm/s、送粉速率20 g/min，其与试验得到的结果一致，并对最优参数进行多道搭接试验验证，发现其组织致密细小，熔覆层与基体有良好的冶金结合性，该研究对后续的实践生产工作有一定的指导作用。