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熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,以下简称FDM)是一种使用比较普遍的快速成型技术。成型过程中,材料在喷头中被加热熔化,并以一定的压力挤出。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料,与前一层粘结在一起。逐层叠加,直至原型零件完成。在制造悬臂件时需要添加支撑料,完成制品后再进行后剥离支撑料。可以使用成型料作为支撑料进行成型,此时只需要一个喷头;又可以使用双喷头,两个喷头分别独立挤出成型料和支撑料。
本文针对了目前熔融沉积快速成型喷头专利文献中的喷头结构设计,通过对比分析找出这些喷头设计的优缺点,提出了熔融沉积快速成型系统的微型螺杆挤出式双喷头设计与研究的课题。
首先,第一章对快速成型技术,特别是熔融沉积成型技术的工艺进行了分析,然后在第二章对国内外专利喷头结构及工作原理进行了分析,提出了双喷头的设计构想、工作原理与特色,并对实验型喷头的设计进行了构想。第三章是论文的核心内容,利用相关经验公式、参考相关系列化原件(包括加热器、加热套、热电偶等)的尺寸、在Pro/E环境下进行双喷头的设计,即包括螺杆、机筒、喷嘴、自动升降机构等主要机构的设计。第四章中详细地对螺杆式挤出喷头中微型螺杆的挤出特性进行研究,阐述了螺杆转速、螺杆的主要几何参数、螺杆与机筒间隙以及喷嘴压力等参数与挤出流率的定量关系,从而为日后在螺杆式挤出喷头的设计方面提供理论的指导。接着第五章中,调试了实验双喷头,并对其的挤出能力进行实验。从实验结果可以看出温度越高,螺杆的转动越顺利,挤出能力越好;转速越高,挤出能力越好;提高的转速必须相应提升挤出机筒的温度,否则螺杆不能连续旋转。然后作者将实验结果跟理论推导的结果进行了比较,并对于实际挤出能力明显低于理论结果这一现象进行了理论分析。最后针对双喷头加工工艺和机械结构,对改进双喷头挤出能力提出了部分建议与措施。