摘要
3D打印技术对材料的利用率高，加工复杂类零件成本低，在各行各业均发挥出较大的技术优势。熔融沉积成型技术(Fused Deposition Modeling，FDM)是其重要分支，其设备使用与维护便捷，后处理成本低，得到了广泛应用。传统FDM型3D打印设备需要对丝材进行二次熔融，材料选择存在较大限制，喷头挤出动力有限且难以实现连续化生产。本课题设计开发一种螺杆挤出式3D打印设备，并针对喷头各项性能进行了模拟试验研究。 基于螺杆挤出技术原理，根据预期制品规格确定了螺杆挤出式3D打印机设计方案与整机构型，成型空间265mm×265mm×255mm。通过理论分析与模拟试验结合的方法，针对目前较难通过传统喷头打印的聚丙烯(Polypropylene，PP)材料设计了螺杆挤出式喷头；根据成型空间规格以及螺杆挤出式喷头挤出动力充足的特点，设计了相应的工作平台。 通过正交仿真试验的方法研究了螺杆不同结构参数对流率的影响规律，探究了螺杆转速与温度变化对流场各项参数的影响，验证了喷头挤出流率可通过螺杆转速的调节实现准确调控。研究了螺杆转速在2rpm~8rpm时喷头对物料的混合塑化效果，模拟试验验证其分布混合效果接近理想状态，分散混合性能随螺杆转速上升而不断加强。通过对2mm规格粒料输送过程的模拟分析，探寻了加料过程出现卡顿的原因并予以解决，使同时间粒料通过量提高77.6%。粒料在加料段的输送情况同样受转速影响，模拟验证不同转速下粒料输送量均可保证物料的稳定供给。通过对温度场的模拟可得，隔热板的施加能够较好地将热量集中于料筒区域，散热管道的铺设，进一步使料斗与料筒获得合理的温度分布状态。通过对管道流量的调节，可保证安装板稳定于30℃，固定端处料斗温度为70℃，避免了粒料的粘接堵塞，温度场分布安全合理。探究了可实现优指标打印的喷嘴结构参数与工艺温度。
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