PAGE13螺桿擠出3D打印機(jī)技術(shù)發(fā)展研究的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述3D打印技術(shù)自誕生起就被人們認(rèn)為是“一項(xiàng)將足以改變世界的科學(xué)技術(shù)”，是第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志。當(dāng)今世界，我們可以在越來(lái)越多的場(chǎng)合見(jiàn)到3D打印技術(shù)，也可以使用更多種類的材料去進(jìn)行3D打印。正如這項(xiàng)技術(shù)的名字一般，3D打印就是三維立體的打印。傳統(tǒng)打印技術(shù)在二維面上，使用墨水在紙上打印出所設(shè)計(jì)的內(nèi)容。3D打印則把把二維平面擴(kuò)到了三維上，用更直截了當(dāng)且具體的技術(shù)構(gòu)造出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。伴著工業(yè)4.0時(shí)代的迅速發(fā)展，3D打印也越來(lái)越推崇備至，于此同時(shí)也成為了許多問(wèn)題的焦點(diǎn)與核心。隨之而來(lái)的是運(yùn)用3D打印技術(shù)的產(chǎn)品在全世界的數(shù)量逐年上升。3D打印技術(shù)制造產(chǎn)品的方法是逐層累計(jì)。所謂逐層累計(jì)，顧名思義就是一層一層的打印然后累積堆疊。首先打印出所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的第一層，然后在第一層的上面打印出下一層。一層一層依次疊加，所有的層數(shù)都打印完后打印過(guò)程也就結(jié)束了。我們也可以將整個(gè)打印過(guò)程分解為以下幾步：得到設(shè)計(jì)好的三維建模；一層層對(duì)模型進(jìn)行切片處理；對(duì)打印路徑進(jìn)行制定；逐層打印；積累成型。相對(duì)比以往的傳統(tǒng)機(jī)械加工。像車銑刨磨這種傳統(tǒng)機(jī)械加工都是減材制造。這樣的傳統(tǒng)方式性能好、精度也高，但是同時(shí)需要巨大的機(jī)器設(shè)備，這些設(shè)備價(jià)格不菲，后期質(zhì)檢維修也十分繁瑣。在加工過(guò)程中，浪費(fèi)與污染也同樣存在。等材制造也是一種傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式。在加工過(guò)程中材料總量不發(fā)生變化。等材制造而出的產(chǎn)品組織與機(jī)械性能都較差，并且對(duì)于零部件的尺度的精確制造也存在著巨大的難度，生產(chǎn)環(huán)境也十分的惡劣，工作強(qiáng)度也十分巨大。但是，3D打印技術(shù)便可以很好的補(bǔ)充傳統(tǒng)機(jī)械加工。特別是對(duì)于=內(nèi)些比較復(fù)雜的零部件，3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更加顯著。3D打印技術(shù)與原有的傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)相輔相成，互相彌補(bǔ)不足，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)才可以得到更大的進(jìn)步。3D打印技術(shù)可以分為以下幾種。光固化打?。⊿LA），熔融沉積技術(shù)（FDM），選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）等。光固化打?。⊿LA,Stereolithography）：光固化打印把光敏樹(shù)脂做為原材料。在打印之前，將光敏樹(shù)脂置于打印機(jī)的液槽里。同時(shí)打印機(jī)會(huì)安裝一個(gè)可以發(fā)射紫外激光的激光發(fā)射器。液槽被紫外激光照射后，光敏樹(shù)脂會(huì)即刻發(fā)生固化，這樣一來(lái)就完成了一層的成型工作。下一步，電機(jī)接受信號(hào)，平依據(jù)喜好平臺(tái)上下移動(dòng)，移動(dòng)打印一層的厚度，緊接著激光器再次發(fā)射激光，下一層的固化就這樣完成了。循環(huán)往復(fù)就會(huì)打印成所需的物品。光固化成型3D打印機(jī)優(yōu)點(diǎn)有許多。因?yàn)榧す馀c光敏樹(shù)脂成型的速度都很快，光固化成型3D打印機(jī)的制造速度也很快，光固化成型3D打印機(jī)在系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)打印出來(lái)的產(chǎn)品也擁有很高的精度與不俗的表面質(zhì)量。但是光固化成型3D打印機(jī)在打印時(shí)需要支撐。提供支撐的平板結(jié)構(gòu)并非零件自身所帶的結(jié)構(gòu)，在打印結(jié)束后需要把支撐結(jié)構(gòu)除去，去除的時(shí)段必須是零件還未完全成型的手段。除此之外光固化成型3D打印機(jī)的制作維修成本都不低。光固化成型3D打印機(jī)同樣還有其它缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)光固化打印的原理，我們需要使用光敏樹(shù)脂做為原材料，但不得不提的是光敏樹(shù)脂具有一定的毒性。在打印機(jī)工作時(shí)溫度會(huì)上升，溫度的上升會(huì)導(dǎo)致光敏樹(shù)脂揮發(fā)，這樣一來(lái)?yè)]發(fā)的光敏樹(shù)脂蒸汽就可能被工作人員吸入危害人員身體健康。光敏樹(shù)脂同樣可能對(duì)環(huán)境形成污染。光敏樹(shù)脂的價(jià)格也不菲。這樣一種不便宜的原材料，但是它的強(qiáng)度、剛度、耐熱型都很普通。因此選擇光固化成型3D打印機(jī)一定要慎重考慮。下面開(kāi)始介紹熔融沉積技術(shù)（FDM,FusedDepositionModelling）的原理。熔融沉積技術(shù)時(shí)采取高溫熔化的方法。首先將材料熔化成熔融態(tài)，接下來(lái)再進(jìn)行3D打印。在打印前，我們憑借螺桿擠絲的處理方法把打印所需要使用的線材做成線筒。然后將線筒放入3D打印機(jī)內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行打印工作。通過(guò)擠入齒輪將絲材擠入噴頭組件。在組件中經(jīng)過(guò)高溫處理，后形式熔融態(tài)送入噴嘴，通過(guò)噴嘴把絲材往打印平臺(tái)噴出，在打印平臺(tái)上進(jìn)行冷卻，依照指令完成一個(gè)層面的打印。接下來(lái)打印平臺(tái)下降一段距離，這段距離正是所設(shè)置的打印件分層后一層的厚度。接下來(lái)接著進(jìn)行上一個(gè)步驟，循環(huán)往復(fù)形成產(chǎn)品。打印噴頭通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，一步步沿著所設(shè)計(jì)的路徑在X-Y水平面運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)擠出的線材就會(huì)沿路徑堆積。大多數(shù)比較常見(jiàn)的工程塑料都可以做為FDM3D打印機(jī)的原材料，正因如此FDM3D打印可以使用的范圍很廣，成本也不高。但人無(wú)完人金無(wú)足赤，F(xiàn)DM3D打印所形成的產(chǎn)品僅依靠層間力去實(shí)現(xiàn)每一層之間的結(jié)合。也正因如此，這種成本低、范圍廣的3D打印所制作而成的零件在垂直方向上的機(jī)械性能比較差。這種技術(shù)的使用還需要經(jīng)過(guò)深思熟慮綜合考量。下面開(kāi)始介紹選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS,SelectiveLaserSintering）。這種技術(shù)與光固化成型原理較為相似。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)同樣選擇激光做為重要工具，同樣也是運(yùn)用增材制造的方式完成打印工作。但是，與光固化原理不同的是，選擇性激光燒結(jié)（SLS）3D打印機(jī)使用紅外激光束。在選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)工作時(shí)，將紅外激光射線照射于材料之上從而實(shí)現(xiàn)成型。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)以固體粉末做為原材料，與光固化成型技術(shù)類似，固體粉末也被放在一個(gè)供料倉(cāng)內(nèi)，打印件高度方向上的移動(dòng)是由供料倉(cāng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照操作者設(shè)定的軌跡，紅外激光在固體顆粒上移動(dòng)，被紅外激光照射到的固體粉末會(huì)因?yàn)榧す馑鶐?lái)的高溫而燒結(jié)在一起，當(dāng)激光在這一層面上按要求掃描完畢后，裝有固體粉末的供料倉(cāng)會(huì)按照設(shè)定的參數(shù)向下移動(dòng)一端距離，激光束再重復(fù)上述不住，一層一層慢慢實(shí)現(xiàn)激光燒結(jié)成型。根據(jù)原理所有的材料均可以重復(fù)使用，因此浪費(fèi)率極低，十分節(jié)約材料，此外由于在打印過(guò)程中是先鋪平一層材料，因此這樣的打印方式不需要設(shè)置支撐部分，也就不存在后續(xù)的去除支撐，降低了打印難度。但是由于顆粒尺寸較大，因此打印出的產(chǎn)品表面十分粗糙，不適合用于打印精度較高的產(chǎn)品。在3D打印領(lǐng)域中，高性能特種工程塑料應(yīng)發(fā)展要求和需要，逐漸成為主流材料，所謂的高性能特種工程塑料就是指一類綜合性能較其他塑料材料而言更加優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性聚合物材料，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，因此具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、耐熱性好等特點(diǎn)。目前高性能特種工程塑料應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，上至航空航天領(lǐng)域，下至汽車制造業(yè)，高性能特種工程塑料已經(jīng)深入我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。高性能特種工程塑料的某些性能堪比金屬材料，但同時(shí)高性能特種工程塑料更輕，更具有某些優(yōu)越性，因此現(xiàn)在各國(guó)正在加緊推進(jìn)高性能特種工程塑料的發(fā)展，力求在這個(gè)領(lǐng)域搶得先機(jī)。雖然在某些方面高性能特種工程塑料顯示出卓越的性能，但是不可否認(rèn)這些材料也同時(shí)具有某些限制和缺陷，因此在實(shí)際使用中，更多的是對(duì)材料進(jìn)行某些改性處理，針對(duì)不同材料的不同特性進(jìn)行不同的改性處理，使得材料更符合使用要求。與輕質(zhì)生物材料，如：絲綢、貝殼等，相比，高性能特種工程塑料制造呈現(xiàn)出能源和動(dòng)力密集的特點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)品具有脆性，容易斷裂，另外制造完畢后難以回收重復(fù)利用，所以仍有很大空間進(jìn)行改進(jìn)。輕質(zhì)生物材料之所以具有更加優(yōu)異的性能是因?yàn)檫@些材料是由定向自組裝形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，這樣形成的產(chǎn)品具有更出色的機(jī)械性能。液晶聚合物（LCP，LiquidCrystalPolymer）是一種較為特殊的材料，當(dāng)溫度高于熔融溫度或玻璃化轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，不僅具有液體的流動(dòng)性，還具有晶體的各向異性。現(xiàn)在液晶聚合物主要用于航空航天、電子電氣領(lǐng)域。液晶聚合物的分子是棒狀分子，在常溫下這些剛性棒狀分子有序排列，整體上顯示出卓越的性能，如電性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性等。而當(dāng)溫度高于材料熔點(diǎn)時(shí)，芳香族熱塑性聚酯的剛性分子鏈會(huì)自組裝成向量域。根據(jù)分子控制理論，液晶聚合物的分子控制時(shí)自下而上的，而FDM工藝的成型方式是自上而下的，因此，將液晶聚合物使用FDM工藝進(jìn)行3D打印實(shí)現(xiàn)了自由設(shè)計(jì)，解除了結(jié)構(gòu)限制。但是因?yàn)橐壕Ь酆衔锏母哒扯龋瑢⒁壕Ь酆衔镞M(jìn)行傳統(tǒng)的擠絲過(guò)程較為困難，擠出的線材很容易斷裂，更別說(shuō)繞在纏絲筒上。近些年來(lái)有些研究人員將擠絲與打印過(guò)程結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)研發(fā)出了螺桿擠出打印機(jī)。螺桿擠出機(jī)一般包括進(jìn)料系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)以及用于控制螺桿擠出機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。在一臺(tái)螺桿擠出機(jī)中，用于擠壓材料的螺桿最為重要。螺桿的設(shè)計(jì)已十分完善，一般來(lái)說(shuō)，可以將螺桿以其發(fā)揮的作用進(jìn)行劃分，從進(jìn)料處開(kāi)始的一段被稱為進(jìn)料段，螺桿中間的一段被稱為塑化段，螺桿末尾的那一段被稱為均化段。將螺桿擠出的關(guān)鍵部件螺桿加入到打印機(jī)上，直接放進(jìn)塑料顆粒，在螺桿的作用下塑料顆粒被擠壓成絲，擠絲出口端與打印機(jī)的噴嘴相連，擠出線材后就由打印機(jī)進(jìn)行打印，這樣的方式不僅快捷，更提供了連續(xù)打印的方式。國(guó)內(nèi)最早的螺桿擠出打印機(jī)是由王天明于2005年利用微型螺桿所研制的顆粒料擠出打印機(jī)，這個(gè)打印機(jī)雖然存在缺陷，但是這個(gè)想法卻啟示了一部分研究者，一代又一代螺桿擠出打印機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。參考文獻(xiàn)[1] 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