Page 61 - 《橡塑技术与装备》2024年8期

理论与研究 徐兴国 等·FDM 型 3D 打印机螺杆挤出系统的发展研究

如图 1 所示，通过对聚乳酸、聚丙烯和聚苯乙烯的实 喷头内螺杆按照功能分为三段，图 3 为三段式螺
验研究，证明了 3D 打印螺杆挤出系统的工作性能和 杆结构示意图。当在加料段螺杆辊压下，物料会受到
可行性。美国德克萨斯大学 [6] 将螺杆挤出机与 3D 打 挤压和机筒热的作用，会形成一个稳定的固体床，且
印机相结合，通过两种装置的优点打印出高黏度的物 随着螺杆的不断向前传动而向前移动 ；熔融段，又称
件，但由于打印过程中条件的变化，造成打印过程不 压缩段，因机筒的高温作用，物料在机筒内表面会形
稳定，在 3D 打印制品的质量的打印精度问题仍需要 成一层熔融且聚合的聚合物薄膜，而随着螺杆的旋转，
提高。2019 年，德国弗劳恩霍夫模具和成型技术研究 将熔体向着螺棱方向运动，而当接触到螺棱后，螺棱
所 [7] 开发出一套名为 “ 螺旋挤压增材制造 ” 设备，可 便将熔体刮下，使其汇集在螺槽后方的熔池内，螺槽
以预先设定零件形状迅速旋转，打印效率是传统的 3D 前方则是固体床，而随着螺杆的旋转，物料在螺杆的
打印技术的 8 倍。华中科技大学 [8] 数字建造与工程安 旋转下往前运动，固体床逐渐变小直至消失，此时螺
全实验室利用螺杆泵的泵送式建筑 3D 打印装置，对 槽内的物料已完全熔化。工作过程如图 4 所示。
采用物料的挤出固化式 3D 打印装置进行合理性和可
行性验证。河北工业大学张静 [9] 等人对螺杆泵式挤出
3D 打印机进行材料的流变特性分析，建立 3D 打印设
备的数学模型，通过材料以及挤出性能的关系提高 3D
打印精度，对微型螺杆泵式陶瓷挤出 3D 打印机进行
研究，在控制材料挤出方面，相比柱塞式挤出效果显
著，如图 2 所示，避免了柱塞式挤出 3D 机的 “ 流涎
现象 ”。

图 3 三段式螺杆结构图

图 1 单螺杆挤出装置

图 2 柱塞式、螺杆式挤出速度与时间关系图

2 螺杆类型及其结构
3D 打印机挤出机构主要由喷头、送料机构、运动
机构、加热工作室、工作台等组成。喷头属于该机构
的核心组件部分，与 3D 打印出来的成品质量密切相 图 4 螺杆工作过程图
关 [10] 。

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