基于螺杆挤出PLA颗粒料3D打印工艺

针对现有的熔融沉积成型(FDM)打印技术出丝不稳、打印速度较低以及打印材料受限等问题,通过不断优化打印参数(料筒温度、螺杆转速、挤出倍率以及打印速度),比较不同填充方式下打印件的力学性能,最终确定了针对聚乳酸(PLA)颗粒料的成型参数。基于这些成型参数,利用自制的螺杆挤出颗粒料3D打印设备展开工艺研究。结果表明,料筒温度在170℃,喷嘴温度在205℃以及挤出倍率为0.65时PLA颗粒料能够在出丝稳定性的同时保证孔隙率最小;对不同喷嘴直径稳定出丝时的螺杆转速进行数值模拟得出二者的拟合公式,以便在选用不同喷嘴直径时能够快速确定螺杆转速;蜂窝填充表现出更加优异的弯曲性能,其值为22.49 MPa,相比于网格填充的19.37 MPa提升了16.10%;网格填充表现出更佳的拉伸性能,其值为24.75 MPa相比于蜂窝填充的22.36 MPa提升了10.69%;并且随着层厚的增大打印件的表面粗糙度渐升高,从层厚0.6 mm的160.51μm提升到层厚1.0 mm的220.38μm,表面粗糙度升高了37.30%。

基于辊压增强的连续纤维复材3D打印方法研究

目前连续纤维增强树脂的复合材料在FDM 3D打印技术上的应用发展迅速,但连续纤维材料层和树脂基础材料层两种不同材料的打印层间连接界面的孔隙率大导致打印件整体性能低。针对连续纤维与树脂基础材料由于不同材料差异导致层间黏结差的问题,笔者提出通过在3D打印机喷头上附加辊压辅助装置对打印层面逐一进行机械压实的方法来进一步提高连续纤维增强热塑性聚合物基高性能复合材料打印件的性能。采用正交实验法对比了试验刚性辊压轮作用于打印件成形表面时的不同辊压速度和相较于打印层面不同下压高度等参数的影响。为提高辊压实验的正确性,首先针对辊压速度和下压高度选定了9组不同参数的辊压过程进行仿真,通过数值模拟得出辊压装置最佳下压高度为0.03 mm,辊压速度4 mm/s。然后开发了相应的硬件和软件,包括双喷头与辊压装置的连接机构、辊压轨迹规划与控制算法等,最后通过实际打印模型样件测试验证了连续纤维增强复合材料3D打印零件通过实时辊压来提升性能方法的可行性。

基于连续纤维增材制造工艺的四旋翼无人机拓扑优化

针对四旋翼无人机实现轻量化和提升力学性能的需求,提出一种连续纤维增材制造工艺和拓扑优化构型设计相结合的方法。首先基于复合丝材制备工艺,以连续碳纤维为增强材料,短切碳纤维填充尼龙为基体材料,通过熔融沉积成型制得复合材料样件,研究成型方向、纤维分布区域和成型路径方式对样件力学性能影响,得到连续碳纤维复合材料的最佳工艺参数为平放打印、纤维层均匀间隔分布和0°成型路径。其次,利用拓扑优化技术对承载能力最弱工况下的四旋翼无人机重新设计,优化后模型的质量比优化前减轻了48%。再结合最佳工艺参数制备不同连续纤维体积分数的四旋翼无人机样件进行压缩性能测试,结果表明连续纤维体积分数为35%时,可在较低成本下提高样件的力学性能。