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    廣州3D打印耗材設備廠家淺談3D打印耗材設備的耗材擠出過程

    發布時間:2020-02-10 10:10 來源: 點擊: 【字體: 】【打印此文】【關閉窗口

    3D 打印機耗材設備中,不良的冷卻和固化速率會對制造的零部件造成負面影響。通過優化 3D 打印機耗材設備的設計,我們可以提升打印產品的品質。下面小編來分析一下 3D 打印機耗材設備中聚合物的冷卻過程和相應的玻璃化轉變溫度。本文將詳細介紹,針對采用熔融沉積成型法(fused-deposition modeling,簡稱 FDM)的 3D 打印機耗材設備,進行 ABS 耗材擠出過程。下面廣州3D打印耗材設備廠家淺談3D打印機耗材設備的耗材擠出過程。

    熔融沉積成型法:一種常用的 3D 打印方法

    3D 打印又稱增材制造,是一種通過逐層堆積材料的方式構造三維物體的工藝。熔融沉積成型法(FDM) 是一種應用廣泛的 3D 打印方法,利用了快速成型的技術。FDM 技術基于擠出 工藝來構造三維模型。


    3D打印機耗材設備.png


    3D 打印耗材設備擠出耗材的工藝的流程是:首先將熱塑性材料送入擠出機,隨后裝置內的加熱器將其轉化為熔融的熱塑性塑料,最后噴嘴把熔融塑料擠壓出來。如下圖所示,調整后的設計連續不斷地將大線盤上的塑料線送入擠出機。

    3D 打印機耗材設備采用的塑料材料是一種熱塑性聚合物——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),它是 FDM 技術最常使用的兩種熱塑性塑料之一。此研究中使用的打印工藝原理是:利用計算機控制 3D 打印機耗材設備擠出頭的運動軌跡,不斷堆積擠出材料,最終構成三維物體。


    3D打印機耗材設備廠家.png


    用于商用 3D 打印機耗材設備的擠出機。機器將纏繞在線盤上的塑料線送入擠出機/打印機,接著熱端對塑料進行加熱,并通過強制流動連續擠出 ABS 薄層。該工藝加工出硬化的 ABS 層,薄層不斷堆積,最終形成 3D 打印物體。

    三奧科技的技術工程師在研究中希望借助傳熱仿真研究 3D 打印頭的冷卻階段和轉變階段。他們使用 COMSOL Multiphysics 軟件來確定不同的因素對 3D 打印機設計的影響。

    3D 打印機耗材設備中 ABS 的玻璃化轉變過程

    為了準確研究 3D 打印機的冷卻和鑄造過程,三奧科技的技術工程師研究小組建立了一個 3D 打印頭二維軸對稱模型,并分析了它的流體特性、熱特性以及拉伸模量的變化。他們假定 ABS 連續不斷地流過狹窄的噴嘴,并且在凝固過程中保持體積不變。此外,該小組認為,ABS 的流動速度均勻且恒定。

    研究人員借助此模型研究了 ABS 的玻璃-液態轉變,即玻璃化轉變。玻璃化轉變是一種發生在玻璃化轉變溫度范圍之內的可逆變化。在這個溫度范圍內,當溫度升高時,類似于 ABS 的無定形材料會從硬脆狀態轉變為橡膠和粘性狀態。

    這一過程首先發生在 3D 打印機擠出機將 ABS 加熱到熔融狀態時,接著,再次發生在 ABS 在脫離擠出機后冷卻和固化過程中。二次玻璃化轉變正是本研究的重點。

    分析 3D 打印機耗材設備中 ABS 的擠出過程

    下面,我們看看 ABS 從噴嘴中的擠出過程,下方左側的繪圖結果表明,ABS 成功地進行了玻璃化轉變。不過,研究團隊另有一個重要目的:分析擠出過程具體是如何進行的。

    仔細觀察 3D 打印頭,我們可以發現,噴嘴附近的流線形成了一個旋渦。在 3D 打印機耗材設備中,這種旋渦可能導致材料表面不均勻,造成質量問題。得益于在設計階段發現了這個問題,工程師們便可以在早期進程中優化噴嘴的設計。


    3D打印機耗材設備-三奧科技.png


    左圖:二維軸對稱數據集的旋轉一次所產生的速度大小。右圖:3D 打印頭的表面速度大?。╩m/s)和總熱通量流線。

    接下來,研究小組仔細研究了熱通量,詳情參照下圖。他們能夠證實噴嘴區域存在相當高的傳導熱通量。這一結果符合研究人員的預期,這是因為 ABS 在二次相變過程中釋放了大量的熱。

    研究人員準確地定位了相變區域流動中心的傳導熱通量峰值,并通過模擬外部邊界的傳導熱通量,發現大部分冷卻過程直接發生在噴嘴外部。研究人員從這些仿真結果中得出了一個有趣的結論:熱通量并非恒定的,實際上,它會沿噴管壁的長度變化。這一信息有利于研究人員優化 3D 打印機耗材設備的冷卻速度,選擇更適合的冷卻方法。


    3D打印耗材設備——三奧.png


    左圖:通過外部邊界的傳導熱通量。右圖:表面溫度分布,箭頭指示總熱通量的方向。

    此外,通過更換齒輪,研究人員能夠了解不同因素對 ABS 的玻璃化轉變產生的影響。例如,下方繪圖表明 ΔT 值越小,玻璃化轉變就越急劇。


    3D打印機耗材設備-廣州三奧.png

    橫軸:不同的 ΔT 值;縱軸:沿中心線的液態塑料的質量分數。

    利用傳熱仿真優化 3D 打印機耗材設備

    通過3D 打印機耗材設備頭中 ABS 的玻璃化轉變,研究人員找到了玻璃化轉變溫度的短暫二次轉變。借助仿真,他們對表面速度、熱通量和表面溫度分布等相關因素進行了詳盡研究,由此更全面地理解了 3D 打印機耗材設備,并利用這些信息來改進設計。

    比如說,這項研究可以應用于模具設計優化,助力確保 3D 打印機耗材設備模型盡快固化。此外,研究小組還指出,他們可以借助傳熱分析預測過濾器給打印機的固化速率和終端使用性能帶來的影響。


    3D打印耗材設備廠家-三奧科技.png


    三奧科技一直專注于精密擠出機械行業,集開發、設計、制造、銷售一體的專業擠出設備和工藝研發的制造生產的3D打印耗材設備廠家。三奧科技研發生產的3D打印耗材設備技術一流,設備擠出穩定,性能可靠,操作方便,開機調試耗時短,線徑精度高,生產速度可達80-100m/min,效率高,穩定性好,運行信息在線顯示,緊急停機保護,安全可靠,在線整齊收卷,制品美觀大方,期待能為您提供服務,全國服務熱線:020-31068590。




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