微型螺杆挤出式3D打印机的研究进展

随着科学技术的不断进步,3D打印技术呈现快速多样化的发展趋势。通过分析3D打印的相关文献,发现3D打印技术存在打印耗材有限及传统3D打印机无压力堆积成型等主要缺陷,无法大规模替代传统制造技术,但与传统的制造技术相比,3D打印技术无论在材料的利用率、制品的复杂程度,还是在成型速度方面都具有突出的优势,所以要进一步扩大3D打印技术的应用,就要将其和传统制造技术结合起来,改变送丝液化的传统模式,形成1个新的发展增长点。通过分析近年来国内外学者将传统螺杆挤出技术应用于3D打印设备的几种典型实例,讨论了其优势与缺点,最后汇总了相关专利的申报情况,并对微型螺杆挤出式3D打印机的发展进行了展望。

微型锥形双螺杆挤出机混合性能的数值模拟

微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)越来越多地应用于新型聚合物纳米复合材料的制备,但对其共混过程的理论研究相对较少。文中首先数值模拟MCTSE挤出聚丙烯(PP)熔体的过程,考察了加工参数和螺杆构型对MCTSE输送能力和沿着轴向平均压力分布的影响。研究表明,螺杆转速和螺距的增加均有利于提高熔体输送能力,沿着螺杆挤出方向,平均压力是先增加后减小。由求解得到速度场的时间积分获得粒子从入口到出口的运动轨迹,统计结果表明,MCTSE的螺杆结构有利于改变剪切或拉伸流动形态,螺杆转速更有利于调控停留时间分布(RTD)。文中采用的数值模拟方法可以点对点分析MCTSE内高聚物熔体沿着轴向流动的分散、分布和轴向混合特征。

微型锥形双螺杆挤出机的循环混合特性

利用基于三维有限元的计算流体力学(CFD)方法数值模拟了微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)中聚丙烯熔体的循环挤出混合过程,得到流场中物料的剪切应力和速度等分布场量。通过计算放置流场中的示踪粒子的运动轨迹,对粒子运动路径上的剪切应力、混合指数、拉伸长度、分离尺度以及混合效率等进行统计分析,定量表征了MCTSE循环挤出过程的分散和分布混合特性,并进一步考察了加工条件和螺杆构型对混合性能的影响规律。结果表明,聚丙烯熔体循环挤出混合由拉伸流和剪切流共同作用,MCTSE具有较好的混合效果;增大螺杆转速或减小螺距均有利于提高MCTSE的分散混合和分布混合性能,但不利于提高MCTSE的混合效率;分析表征混合性能的不同参数可知,相对于改变MCTSE的螺杆构型,选取合适的加工条件更为重要。

医用全无油润滑微型空压机研究

对螺杆的运动规律进行分析,提出进行优化的方案。机器运行时,只进行转子的相互啮合而无气缸的往复运动,从而降低机器运行时的噪声,提高整个机子的使用寿命,减少密封圈之间的磨损。同时,对机器进行热、动力分析,确定其基本参数、性能参数等数值。

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域。而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行。在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型挤出结构。微型螺杆泵具有稳定的压力,可以输送高固含量的介质,并且能够根据转速调节流量,能够满足3D打印的稳定控制、高精度的工艺要求。还详细介绍了微型螺杆泵的工作原理,性能参数,对其应用在微流挤出自由成形工艺上的可行性以及入口压力、转速对其挤出流量的影响。

微纤化纤维素/线性低密度聚乙烯复合材料

微纤化纤维素(MFC)具有优良的力学性能,常被用作增强体制备复合材料,但MFC容易团聚影响其增强能力。本研究对MFC进行低温冷冻干燥处理(FDMFC),用微型锥形双螺杆挤出机将FDMFC与线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔融复合,并用热压-冷压的方式制备FDMFC/LLDPE复合材料,对其力学性能、动态热力学性能(DMA)、热分解过程及冷冻干燥处理的FDMFC在LLDPE基体中的分散状态进行了测试。结果表明:相对于未冷冻干燥处理的MFC,FDMFC在LLDPE基体中的分散性得到明显改善,添加一定量的FDMFC可有效提高FDMFC/LLDPE复合材料的力学性能。当FDMFC的添加量为10wt%时,相较于纯LLDPE,FDMFC/LLDPE复合材料的拉伸强度提高了60.3%,杨氏模量提高了161.9%。DMA测试结果表明,随着FDMFC含量的增加,FDMFC/LLDPE复合材料的储能模量和损耗模量都有所提高。热重分析结果表明,FDMFC的加入提高了FDMFC/LLDPE复合材料的热解温度,最大热解温度提高了14℃。