面向熔融沉积的竹塑材料及工艺的关键技术研究

摘要

近两年来，3D打印引领的科技浪潮正在席卷全球，熔融沉积工艺作为3D打印最常用的技术之一，备受关注。材料种类的缺失一直是此种工艺的首要问题，因而结合熔融沉积工艺、打印应用方向和学校所处地理环境背景研发了一款以热熔型聚乳酸为基料，竹粉为填充料的环保打印材料，并进行了应用分析。　　首先，本文对材料及成型原理进行了分析，确定了分步混合的制备方式，并通过工厂的实际生产加以验证。同时还研究了各类添加助剂的添加量对材料成型的影响，确定了聚乳酸、竹粉、聚乙二醇与合成植物酯的最佳配比，达到了理想效果。此材料的使用方法与传统聚乳酸材料相同，且在打印时会产生类似木纹的纹理。　　其次，根据材料性能对喷头结构及材料流动性的要求进行了理论性分析，并通过ANSYS有限元仿真得到材料在熔腔中流动的特性图像，阐明了熔体在喷嘴中的形态变化。此外，根据实际应用情况对3D打印参数进行建模，建立了打印工艺参数模型，得到打印机参数与成型件成型精度间的数学关系，并对新材料进行了参数的调整和试验，结果证明此模型对于打印的成型质量具有指导和优化作用。　　最后，根据加工工艺与材料特征选择以打印沙盘地形作为此种材料的应用方向。本文从谷歌地球上抓取地图模型，通过Sketch up、Geomagic等相关三维软件进行特定处理后生成打印机支持的模型格式，打印成品质量和外观均能满足应用需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 快速成型技术概述

1．2．1 快速成型技术发展现状

1．2．2 快速成型技术原理

1．2．3 快速成型技术分类

1．3 熔融沉积工艺概述

1．3．1 熔融沉积工艺发展历程

1．3．2 熔融沉积工艺原理

1．3．3 熔融沉积工艺特点

1．3．4 熔融沉积工艺及设备研究现状

1．4 FDM打印材料研究现状

1．5 竹塑复合材料国内外研究进展

1．5．1 竹塑复合材料概述

1．5．2 竹塑复合材料国内外研究进展

1．6 本课题研究的目的和内容

1．6．1 课题的研究内容

1．6．2 课题的研究意义

2 用于FDM的竹塑材料研发

2．1 引言

2．2 竹塑复合材料制备

2．2．1 原料选择

2．2．2 原料配方与预处理

2．2．3 制备工艺

2．2．4 仪器与设备

2．2．5 竹塑复合材料的制备

2．3 加工助剂对竹塑复合材料材料成型的影响

2．3．1 润滑剂对材料成型的影响

2．3．2 增塑剂对材料成型的影响

2．4 结果与讨论

2．5 本章小结

3 FDM喷头结构与熔体流变性分析

3．1 引言

3．2 FDM喷头结构分析

3．3 熔体的流动性分析

3．4 有限元流场分析

3．3．1 有限元模型建立

3．3．2 结果及分析

3．5 本章小结

4 熔融沉积工艺参数优化

4．1 引言

4．2 打印机参数影响概述

4．3 打印工艺模型建立

4．4 模型分析

4．5 试验件设计

4．6 打印机参数调整与结果分析

4．7 竹塑复合材料3D打印工艺参数调整

4．8 本章小结

5 新材料应用研究

5．1 引言

5．2 地形三维模型建立

5．3 高程地形图地形导出

5．4 Google Earth地形制作

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

个人简介

致谢