陈为平,黄 捷,禹 杰,陈伟伟

福州大学 机电工程实践中心,福建 福州 350108

增材制造(AM)技术,又称3D打印,是一种通过类似于打印机的数字化制造设备,将数字模型分层离散,将材料不断叠加,并最终完成所设计实体模型的快速成型制造技术[1-2]。3D打印技术实现了材料加工方式从减法、等法到加法的转变,彻底颠覆了传统加工制造业中减材制造的概念和模式,并展现出广阔的发展前景[3-5],是“中国制造2025”高新技术产业和国家“十四五”重点专项扶持对象。其中,熔融沉积成型技术(Fused Deposition Modeling,FDM)是把热塑性丝材加热后通过送丝机构从喷头挤出,按照数值模型切片的预设轨迹将熔融丝材选择性地层层堆叠在工作平台上从而形成部件结构的过程。基于FDM-3D打印机因其相对低廉的价值,能够快速制造及展示模型等优点,在3D打印市场中占有很大的比例,且已被广泛应用于高校日常教学、科研及工程实践等活动之中,但其在使用过程中常出现喷头系统堵丝等问题,从而严重影响加工质量和使用体验[6-7]。

针对喷头系统堵丝等问题,最直观的解决方案就是对FDM-3D打印机的喷头结构进行系统分析和优化设计。近年来,国内外诸多学者也对此进行了研究分析,文献[8]对喷嘴系统在应力作用下的失效问题进行研究分析,并给出了相应的结构优化;文献[9]提出导致喷头堵丝的主要原因在于导丝管中的热量不能及时传导出去,设计出喷头水冷装置并利用Fluent软件进行仿真分析。文献[10]提出一种基于物理的动态模型,适用于监测 FDM -3D打印机中的喷嘴堵塞问题。……