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。