基于顆粒料成型的3D打印機若干關鍵技術問題研究.pdf

1、市面上現(xiàn)有基于熔融擠出沉積技術（FDM）的3D打印機主要以絲狀成型材料為主。一方面，這類材料的制備由大型專用塑料擠出機完成，因此用戶需要向廠家支付昂貴的耗材費用，且3D打印設備運行維護費用高，致使用戶不堪重負。另一方面，用戶在設備日常使用過程中不可避免的會產(chǎn)生一些不合格和用后廢棄的制件，這些制件可以回收利用。同時，為適應農(nóng)業(yè)院校農(nóng)機新產(chǎn)品研發(fā)過程中對3D打印機的要求（較低的運行成本和較大的成型空間），本文提出一套基于顆粒體進料方式噴頭的

2、3D打印廉價解決方案。為順利實現(xiàn)該方案，本文針對3D打印機涉及的主體機械結構及其運動控制、噴頭設計及試驗、制件剪切力學性能和回收造粒裝置等關鍵問題進行了詳細研究。具體內(nèi)容如下：
　　(1)搭建3D打印機的主體機械結構
　　介紹了基于FDM原理的打印機打印成型工藝過程和打印機的重要組成部分。確定基于FDM原理打印機機械結構設計的設計原則。進行了打印機噴頭與熱床安裝位置及最大成型空間選取的分析。完成了打印機機械系統(tǒng)主要結構及關鍵

3、部件設計，并確定了線性滑塊、框架、同步帶的尺寸參數(shù)，最后試制可成型顆粒體材料的3D打印機。闡述了打印機控制系統(tǒng)的組成，并進行了適合本文設計打印機的固件參數(shù)配置。開展了打印機三軸運動精度試驗，得到了打印機各軸運動的定位精度與重復定位精度。
　　(2)設計、試制與試驗基于兩種不同方案的顆粒體進料方式3D打印噴頭
　　方案一參考輕工制造業(yè)中塑料擠出機的工作原理，采用蝸輪蝸桿減速，利用自制的漸變槽深微型擠出螺桿作為主要工作部件，同時

4、綜合考慮風扇+散熱片進行散熱處理和隔熱材料進行隔熱處理。方案二則以市售成熟的絲材進料方式3D打印噴頭——J-head為藍本進行改制，采用齒輪副減速，利用改制支羅螺桿進行送料擠出。進行了兩種方案噴頭設計、試制和試驗。并且對試驗結果提出解決措施。
　　(3)測量PLA、ABS塑料制件的剪切力學性能
　　以設計回收造粒裝置為目的，通過壓向剪切試驗，測量以PLA、ABS材料為成型材料的塑料制件的剪切性能。測量出PLA、ABS塑料制件

5、在四種不同填充角度下，制件的最大剪切強度；及在不同填充密度下，PLA、ABS塑料件剪切強度與填充密度的關系。通過試驗得到：PLA塑料制件最大剪切強度為14.72MPa，ABS塑料制件的最大剪切強度為12.56MPa。并且，兩者的剪切強度都隨著填充密度增加而增加。
　　(4)設計剪切造粒裝置
　　以測量的ABS、PLA最大剪切強度為前提，設計出為打印機提供顆粒體成型材料的回收造粒裝置。確定了回收造粒裝置主要零部件的尺寸參數(shù)，并