3DP成形技術(shù)的機(jī)理研究及過(guò)程優(yōu)化.pdf

1、采用液滴噴射的三維打印成形是目前快速成形中最具有生命力的技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。它適合家用電器、辦公室用品、建筑模型、醫(yī)學(xué)模型等行業(yè)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。該技術(shù)無(wú)需激光系統(tǒng)，造價(jià)和使用成本低，且可靠性高，設(shè)備體積小，成形速度快，是一種能夠被普及的快速成形系統(tǒng)。本研究工作旨在開(kāi)發(fā)具有工業(yè)應(yīng)用前景、速度高、設(shè)備和材料成本低、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的經(jīng)濟(jì)型三維打印成形系統(tǒng)。 本文系統(tǒng)地分析了噴射液滴的形成和液滴與介質(zhì)表面的交互作用。將熱氣泡按需落

2、下噴射模式應(yīng)用于三維打印成形，描述了液滴的流體動(dòng)力學(xué)特性。對(duì)液滴與介質(zhì)表面的沖擊、鋪展、潤(rùn)濕和滲透的交互作用機(jī)理進(jìn)行分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇合適的材料和工藝參數(shù)提供依據(jù)。 針對(duì)經(jīng)濟(jì)型快速成形的市場(chǎng)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了基于液滴粘接粉末的三維打印成形系統(tǒng)，確定了合理可靠的機(jī)械和控制系統(tǒng)。對(duì)粉末鋪覆裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用上供粉方式，并與輥?zhàn)舆\(yùn)動(dòng)集成，形成獨(dú)立模塊，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠適合多種粉末的鋪覆，并能夠節(jié)約材料，使工作環(huán)境更友好。

3、對(duì)三維打印成形的材料，尤其是粉末材料進(jìn)行了詳細(xì)討論，分析了粉末的形狀、粒度、粒度分布，粉末密度和成分以及溶液飽和度等對(duì)成形的影響，介紹了淀粉、陶瓷、石膏等粉末及其粘接材料。開(kāi)發(fā)了石膏基復(fù)合粉末和與之匹配的粘接溶液，通過(guò)試驗(yàn)和制件微觀組織的分析，確定了主要添加劑成分以及在成形過(guò)程中的作用，并對(duì)所選用粉末的和粘接溶液的物化性能進(jìn)行了測(cè)定。三維打印成形受到材料特性、噴射掃描模式、鋪粉過(guò)程等因素的影響，論文總結(jié)了成形制件可能出現(xiàn)的各種缺陷，并對(duì)

4、缺陷的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，為成形材料和工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供依據(jù)。 將帶限制的混料均勻設(shè)計(jì)應(yīng)用于粉末的配方設(shè)計(jì)，在不影響分析粉末成分對(duì)制件性能影響規(guī)律的前提下，極大地減少了試驗(yàn)次數(shù)。采用多項(xiàng)式加上倒數(shù)項(xiàng)的非線性回歸模型，得到了粉末配方對(duì)制件各種性能的回歸方程組，建立粉末配方的多目標(biāo)優(yōu)化模型。求解最優(yōu)配方并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，其誤差小于10％，回歸和優(yōu)化結(jié)果在試驗(yàn)涵蓋的范圍內(nèi)有效，可作為配方選擇的依據(jù)。上述方法具有共性，同樣適用于其他類(lèi)

5、型成形材料的開(kāi)發(fā)。 通過(guò)選擇合理的工藝參數(shù)，可以控制制件的微觀組織結(jié)構(gòu)和宏觀機(jī)械特性。采用慢速?lài)娚鋻呙枘Ｊ?、減小層厚、提高輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速以及降低輥?zhàn)拥囊苿?dòng)速度，可以提高粉末層中溶液的飽和度和粉末致密度，從而提高制件的密度和抗壓強(qiáng)度。此外，制件抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律與密度基本一致。根據(jù)三維打印成形的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件，并制定了綜合性能指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，采用正交法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和方差分析，確定了最佳工藝參數(shù)。 本文開(kāi)發(fā)