Page 62 - 《橡塑技术与装备》2024年8期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

2.1 以螺杆数量分类 螺杆挤出式 3D 打印机，通过隔热和散热方式，对喷
2.1.1 单螺杆式 头结构进行温度场仿真分析和优化设计，保证打印机
螺杆挤出式 3D 打印喷头是在 2000 年代初期逐渐 运行的安全性和稳定性。Drotman [18] 一款喷头直径为
开发的 [11] ，作为挤丝式 3D 打印的替代品。单螺杆挤 0.2 mm 的螺杆挤出式 3D 打印机，物料挤出最快速度
出机构是现在最基本的挤出机，螺杆挤出式 3D 打印 可达 7.14 mm/s。Sami Miguel [19] 实验了单螺杆连续
设备应用广泛的也是单螺杆，可适应于几乎所有热塑 挤出纤维素纳米纤维，分析了剪切速率与黏度的关系。
性塑料的挤出。该机构所拥有的诸多特点包括 ：结构 邰曈 [20] 等基于 FDM 型 3D 打印技术设计了一种螺杆
简单、性能稳定、价格实惠、方便操纵、易于控制生 挤出装置的进料段、挤压段结构，利用离散单元法数
产工艺、具备高生产效率及广泛的应用范围等，同时 值模拟内部颗粒的流动特性。
也有着连续、自动化生产等优点 [12] 。 2.1.2 双螺杆式
图 5 显示了由 Bellini [13] 和 Reddy 等人 [14] 开发的 双螺杆挤压驱动系统，在单螺杆基础上增加一个
开创性打印头的总体设计，该打印头能够直接从颗粒 螺杆，根据相对运动原理，双螺杆在电机驱动下啮合
状材料中挤出，由小型化的垂直螺杆挤出机组成，取 挤压物料，物料在螺杆旋转带动下向前移动，逐渐运
代了常见的挤丝喂料。 动到螺杆与螺杆及螺杆与壁筒的间隙之间，分段完成
物料的固体输送、熔融、挤出等过程，结构如图 6 所示。

图 6 双螺杆结构图
（a）由 Bellini 等人设计螺杆图（b）由 Reddy 等人改进设计螺杆图 [21]
丁文捷 等学者就打印喷头的结构热温度场对
图 5 螺杆图
塑料熔丝的流变状态的影响规律展开了研究，并提出
在 Bellini 实 验 中， 螺 旋 螺 杆 ( 即 螺 距 和 通 道 深 了一种全新的 3D 打印结构，其中融入了阻热与热流
度恒定的螺杆 ) 被加热的壁桶限制，此外，由于特定 [22]
改向的设计理念等。王小军 等学者则提出了一种适
的桌面定位系统，打印头组件可以在三个方向上移 用于桌面级 FDM 型双螺杆结构设计的新方法，构建
动，而沉积表面保持固定，对比使用不同粒度的陶瓷 出参数化设计模型，并结合理论分析与模拟研究，得
材料，初步评估了系统的性能与加工温度、喷嘴几何
到合理的双螺杆结构参数与优质的成型工艺参数。周
形状和沉积速度的关系。根据 Bellini 实验观察，在沉 婧 [23] 学者则通过对双螺杆的重要参数进行有效的设计
积结构中有一定程度聚集的气泡。为了克服进料问题， 及计算，成功实现了小流量稳定挤出的双螺杆机构。
Reddy 等人开发的打印头包括一个分离的颗粒进料单 Silveira [24] 等提出了一种双螺杆挤出技术的创新型三
元和一个可变深度和螺距的螺杆 ( 即具有压缩轮廓 )， 维打印头，该打印头被专门设计用于将多种材料混合
还包括一个支板撑，以避免由于径向压力不均匀而使 并直接沉积在制品表面实现 3D 打印。徐俊杰 [25] 等学
螺杆偏转，由于重量增加，打印头保持固定，而沉积 者则通过对微型锥形双螺杆挤压系统的理论模拟和实
表面在三个方向上移动。
验研究等方式来探究其混合性能。
Valkenaers [15] 等发现传统 FDM 型 3D 打印材料加
2.2 以螺距 ( 导程 ) 和螺槽深度的变化分类
热阶段会发生降解以及出料不连续等，对此提出了一 目前全螺纹螺杆分为等距等深型、等深不等距型、
种单螺旋挤压式 3D 打印新设备。刘斌 [16] 等通过对单
等距不等深型和复合螺纹螺杆（均不等），其中以等深
螺杆系统熔体混合与流变行为研究，得出了影响熔体
不等距和复合型在 3D 打印螺杆挤出系统中应用最广。
流变行为的重要因素。任礼 [17] 等人设计出一种新型单 常用的等深等距螺杆在实际应用中，使用者发现

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