基于熔体微分原理的聚合物复合材料3D打印成型技术研究
3D打印成型工艺的快速发展为传统制造加工行业带来了新的血液，可实现制品的快速成型，且可缩短产品研发周期、降低产品研发成本等。目前基于熔融沉积成型技术(FDM)的3D打印设备由于使用硬质丝材原料，限制了FDM式3D打印设备材料的选用种类。且对于大型工业制品，FDM式3D打印技术的研究较少。由于复合材料具备多种优异的性能，所以国内外研究者目前均热衷于对复合材料应用型研究。本课题以复合材料在FDM式3D打印成型技术的应用以及大型工业级熔体微分3D打印设备的研发入手，就工业级熔体微分3D打印设备打印参数设定、适用于熔体微分3D打印设备的复合材料种类做了相关研究，对以后基于熔融沉积成型3D打印技术的发展以及材料的选择提供了一定的理论基础。具体工作如下: 1、设计并完成大型工业级熔体微分3D打印设备。就该设备的打印参数设定做了一定研究。经研究后结果表明，该设备计量螺杆与塑化螺杆转速比为2.65倍、层高为喷嘴直径3/5时，匹配6000mm/min的打印速度出料量最稳定，打印效果最好，制品成型效果理想。对于材料的选择，研究表明使用20wt％GF/PLA复合材料时，制品成型效果最好，且后期机加工性能优异。制品的热稳定性能最好，受热伸长率最低，可保证制品的尺寸精度。 2、基于熔体微分3D打印成型工艺，打印可导电复合材料制品的研究表明，使用MWCNTs/PLA复合材料可制备3D打印导电制品。该复合材料当MWCNTs含量达到5wt％时，制品导电率为0.2281S/m。该复合材料中当MWCNTs含量增加到10wt％时，制品的导电率为1.3147S/m，满足导电体的导电率要求。故该复合材料可通过熔体微分成型方法制备防静电设备以及可导电特殊形状的制品。且可通过该成型工艺制备柔性电路，以满足3D打印技术在电子电路应用领域的不同需求。 3、基于熔体微分3D打印成型工艺，制备颗粒增强型制品研究结果表明，使用20wt％铜粉/PLA复合材料时，制品的力学性能最好，为纯PLA制品拉伸强度的135％。当超过20wt％后该复合材料制品的力学性能下降，弹性模量增大，抗形变能力增强，脆性变大。3D打印高分子聚合物复合材料制品可代替铸造成型工艺中木模进行加工制造，避免了木材的浪费，节约资源，实现绿色可持续制造。
三维打印设备;成型工艺;熔体微分;聚合物复合材料
北京化工大学
硕士
机械工程
杨卫民;刘忠军
2017
中文
TP334.88
99
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）