聚乳酸3D打印螺杆设计及挤出仿真分析

摘要

针对熔融沉积成型(FDM)3D打印机产品成型过程中存在的物料熔融挤出不均匀、所能选择的打印材料单一等方面的不足和局限性,设计了一种新型桌面级3D打印机用变距螺杆。阐述了螺杆的挤出原理并分析了在螺杆的作用下物料挤出过程中发生的物理状态变化,基于螺杆的工作环境选择加工螺杆时所需要的材质。利用Solid Works软件建立了螺杆的三维模型并在Gambit软件内对螺杆和流体域进行网格的划分,以聚乳酸(PLA)为研究对象,结合Polyflow进行了不同螺距螺杆的流体数值模拟实验。通过对压力、速度、剪切速率的分析,结果表明在物料挤出过程中变距螺杆的压力以及速度的最大值相较等距螺杆都有一定程度地提升,与螺距10 mm等距螺杆相比最大压力提升了1.4%。变距螺杆良好的建压能力有利于改善PLA物料的熔融挤出并提高产品成型效果。该分析结果可为后续样机实验研究奠定理论基础。