螺桿擠出數(shù)值模擬技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述由于物料在螺桿中的流動(dòng)行為非常復(fù)雜，解析法很難進(jìn)行，數(shù)值模擬的方法就恰到好處。螺桿擠出在塑料機(jī)械中比較常見(jiàn)，經(jīng)過(guò)前人的諸多摸索，最終確定了螺桿三段理論，即固體輸送段，壓縮段和均化段。聚合物加工可以通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)提高螺桿的加工擠出效率，如有限元等輔助CAE手段[22]。如REF_Ref66387380\h圖1-2所示，顆粒料在某螺桿中的流動(dòng)過(guò)程。圖1-SEQ圖1-\*ARABIC2顆粒料螺桿內(nèi)部流動(dòng)Fig.1-2InternalflowofgranularmaterialscrewTadmor[23]最早提出了用數(shù)值模擬計(jì)算方法來(lái)計(jì)算螺桿擠出的思路。Hieber等[24]也是很早就進(jìn)行螺桿擠出數(shù)值模擬的前輩先行，而且使用CAE分析手段得到了數(shù)值模擬曲線。ChiruVella等[25]對(duì)單頭螺桿擠出的建立了平面模型，使用了有限元模擬粘性流體在螺桿中場(chǎng)圖和設(shè)置不同參數(shù)，表達(dá)了螺桿的擠出效果。Kung[26]等提出了瞬態(tài)熔融模型，此模型模擬可以解釋穩(wěn)態(tài)熔融模型不能解釋的現(xiàn)象。FeuerbachTim等[27]人面對(duì)常見(jiàn)的線材在螺桿擠出的現(xiàn)象，大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)了直接打印粉末形式的材料，不需要中間的絲材，并且對(duì)螺桿輸送特性與材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性研究，并符合其確立的模型。張國(guó)才等[28]通過(guò)使用有限元分析軟件模擬了在相同溫度下PE材料在不一樣的剪刀式單頭螺桿擠出機(jī)的流場(chǎng)剪切過(guò)程，從而為螺桿機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了重要的理論參考依據(jù)。李凌豐等[29]主要研究了螺桿擠出過(guò)程中，以顆粒材料加入時(shí)，建立了一系列的彈性力學(xué)方程和模型，研究了顆粒進(jìn)入螺桿的有限元熔融狀態(tài)的場(chǎng)分布圖。杜佳佳[30-31]使用了CAE分析軟件FLUENT來(lái)數(shù)值模擬了木塑復(fù)合材料在螺桿中的性能參數(shù)，這為螺桿擠出數(shù)值模擬提供了重要依據(jù)，具有很好的借鑒意義。何昱煜等[32]人也使用了ANSYS來(lái)數(shù)值模擬了打印頭在螺桿的輸送下擠出堵塞問(wèn)題，通過(guò)模擬，找到了噴頭堵塞原因，這為噴頭優(yōu)化節(jié)約了大量時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。P.A.Moysey等[33]運(yùn)用了離散單元的方法模擬了單頭螺桿中不同材料的擠出成型。由于材料是顆粒料，又進(jìn)行了螺桿中材料測(cè)試和檢驗(yàn)。吳超等人[34-36]使用CAE手段對(duì)螺桿的靜力學(xué)和流體力學(xué)進(jìn)行了相關(guān)數(shù)值模擬，研究了螺桿自身參數(shù)等對(duì)擠出效果的影響，通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)流體的流量大小和擠出速率等具有很大的匹配關(guān)系，通過(guò)改變螺桿不同的轉(zhuǎn)速和更換不同螺距和直徑的螺桿，可以得到不同的擠出規(guī)律，這為有效預(yù)防螺桿擠出頭噴嘴堵塞問(wèn)題提供了有限參考。基于以上專家學(xué)者在螺桿理論研究基礎(chǔ)上，開(kāi)辟的計(jì)算機(jī)模擬方法更好的提高了研究效率，也為本課題的研究工作引入很好的方向與基礎(chǔ)。綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于采用多材料進(jìn)行3D打印的研究還很少，對(duì)基于螺桿擠出原理3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究報(bào)道也較少。3D打印技術(shù)應(yīng)用及設(shè)備研發(fā)是工業(yè)科技領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象，基于螺桿擠出原理多材料3D打印具有很大的技術(shù)潛能和應(yīng)用前景。因此，本課題開(kāi)發(fā)一款具有市場(chǎng)應(yīng)用前景的新型螺桿擠出型多材料3D打印機(jī)，此打印機(jī)以螺桿擠出為原理，結(jié)合顆粒料易獲得的特點(diǎn)，采用生物降解PLA基木塑復(fù)合材料作為打印原材料進(jìn)行打印設(shè)備測(cè)試。參考文獻(xiàn)[1] 張渝.3D打印技術(shù)及其在快速鑄造成形中的應(yīng)用[J].鑄造技術(shù),2016,37(04):759-764.[2] 李耀剛,葉曉濛,紀(jì)宏超,等.先驅(qū)體陶瓷材料3D打印機(jī)螺桿擠出裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2019,45(12):1173-1180.[3] 馮韜,陳繼飛,王超,等.陳文剛.FDM型多噴頭3D打印機(jī)設(shè)計(jì)與分析[J].數(shù)字印刷,2020(05):53-61.[4] 霍恩光.螺桿式塑料顆粒3D打印機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.[5] EunYS,FredrickK,FaizanE,etal.Composition-segmentedBiSbTethermoelectricgeneratorfabricatedbymultimaterial3Dprinting[J].NanoEnergy,2021,81:105638.[6] XieMY,ZhuMZ,YangZS,etal.Flexibleself-poweredmultifunctionalsensorforstiffness-tunablesoftroboticgripperbymultimaterial3Dprinting[J].NanoEnergy,2021,79:105438.[7] AlexeyU,EugenW,FabianH,etal.Multimaterial3Dprintingofadefinitivesiliconeauricularprosthesis:Animprovedtechnique[J].TheJournalofProstheticDentistry,2020,02:21-28.[8] MichalSH,RyanSP,CarolineM,etal.Multimaterial3DPrintingforMicroroboticMechanisms.[J].Softrobotics,2020,7(1):32-38.[9] 喬羽.多材料建筑三維打印成型方法[P].中國(guó)專利:CN105625720A,2016-06-01.[10] 黃子帆,李俊美,李歐陽(yáng),等.3D打印用轉(zhuǎn)輪式多色擠出系統(tǒng)及配套的多色3D打印方法[P].中國(guó)專利:CN106891521A,2017-06-27.[11] 周雪莉,劉慶萍,任露泉,等.一種適用于多材料多工藝3D打印裝置[P].中國(guó)專利:CN205310848U,2016-06-15.[12] 李圓圓,王遠(yuǎn).基于熔融沉積技術(shù)的3D打印產(chǎn)品設(shè)計(jì)探討[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2020(03):157-158.[13] 唐天福,高應(yīng)瑞,岳旭,等.Delta3D打印機(jī)研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J].裝備制造技術(shù),2019(11):13-16.[14] 吳彥之,侯和平,徐卓飛,等.熔融沉積成型噴頭系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)塑料,2019,33(09):116-124.[15] VladimirEK,AlexeyNS,UrzhumtsevOD,etal.StrengthofPLAComponentsFabricatedwithFusedDepositionTechnologyUsingaDesktop3DPrinterasaFunctionofGeometricalParametersoftheProcess[J].Polymers,2018,10(3):41-44.[16] 邵中魁,黃建軍,姜耀林,等.工業(yè)級(jí)熔融沉積3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].精密制造與自動(dòng)化,2020(04):6-9.[17] IzaskunL,JulenV,TamaraC,etal.CelluloseandGrapheneBasedPolyurethaneNanocompositesforFDM3DPrinting:FilamentPropertiesandPrintability[J].Polymers,2021,13(5):20-23.[18] MahmoudM,AhmadA,DavoodR,etal