阵列式喷墨石膏打印装置设计及结构仿真分析

阵列式石膏喷墨打印机是基于三维印刷技术而开发的一种石膏件快速成形装置。面向工业石膏3D打印工艺,设计了一种低成本、高效率阵列式喷墨石膏打印装置,并利用ANSYS有限元分析软件,针对其主体机架分别进行静力学分析和模态分析,获得变形及应力分布,以及各阶频率和振型。分析结果表明,在使用工况下,主体机架不会发生较大变形及共振现象。主体结构设计满足阵列式喷墨石膏打印装置使用要求,为工业石膏喷墨打印技术研究提供了硬件基础。

磷石膏基3D打印材料制备及性能研究

研究了微硅粉及缓凝剂对磷石膏基3D打印材料可打印性及力学性能的影响。结果表明,随着微硅粉掺量增加,材料流动度先增大后减小,高度保留率逐渐减小,强度变化不大;微硅粉掺量4%时,材料的可挤出性得到改善且抗压强度较高。从可打印性来看,200P、SG12X缓凝剂对材料初始时的可打印性影响较小,但材料的可打印时间较短,且二者掺量较高,影响材料早期强度发展;GR200缓凝剂对材料初始可打印性的影响相对较大,但材料的可挤出性保持时间较长;从强度来看,200P对强度基本无影响,GR200引起的强度损失较小,而SG12X造成的强度损失较大。综合考虑,宜选择GR200作为磷石膏基3D打印材料的缓凝剂,其掺量控制在0.15%~0.20%。从打印效果来看,加入微硅粉后材料的可挤出性显著改善,DY3组材料初始流动度176 mm、初始高度保留率88.7%,可打印性良好。

不同参数对石膏3D打印模型性能的影响

通过正交试验研究了墨滴体积、层厚、分辨率、粉末目数对工业级石膏3D打印模型的抗拉强度、抗折强度、尺寸精度的影响,确定了石膏3D打印的最佳工艺参数:墨滴体积65 pL,层厚0.15 mm,分辨率0.06 mm,粉末目数150目,铺粉轴速度100 m/s,喷墨频率8 000 Hz,负压31 MPa,振动电机频率108 r。按照此参数3D打印模型,不仅强度高,利于清粉后处理,不易断裂,利于运输,而且尺寸精度高,表面质量光滑细腻,能够充分展示石膏打印的优势。