摘要：螺杆挤出式熔融沉积成型(FDM)喷头解决了传统喷头对打印材料选择范围限制较大的问题。基于螺杆挤出机构的工作原理,设计了应用于桌面级3D打印设备的小型化螺杆挤出系统,并搭建了运动平台。为保证挤出系统安全稳定运行,根据3D打印工况核算了螺杆强度,并通过静力学有限元分析对结果进行了验证,明确了其应力集中现象在螺杆根径较小的加料段螺棱底部最明显。加料段截面平均应力为15.799 MPa,远小于材料许用应力278.333 MPa,强度符合要求。进行了流场的数值模拟,讨论了两类实际存在的螺杆-料筒间隙变化对流场的影响,结果表明,间隙变化量小于0.05 mm时,流场参数趋近理想状态,大于0.1 mm时,则对挤出机构性能带来不利影响,因此,合理的结构设计能提高挤出系统的刚度,保证制品质量。

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。

摘要：分析传统桌面级熔融沉积成型(FDM型)3D打印机喷嘴的结构特点,选择喷嘴流道直径、收缩角与喷嘴温度作为试验变量,进行正交仿真试验。分析喷嘴熔体压力场、速度场、黏度场、温度场以及剪切速率场的分布状态。以稳定的出口截面速度、较低的流道熔体黏度以及较高的出口压力作为提高喷嘴打印精度与确保打印过程顺畅的优化目标。通过极差分析,确定三因素分别作用下每个优化指标的变化规律,并基于遗传算法求解多目标优化问题。结果表明:出口速度方差的最显著影响因素为流道直径,流道熔体黏度与出口压力两指标的最显著影响因素为喷嘴温度;综合考量,喷嘴流道直径为1 mm、收缩角为30°且在200~210℃工作时,能够实现较优指标的聚丙烯熔体打印。

摘要：超声波辅助原油脱水技术,因其流程简易、耗费成本低及产生污染少等优势,已被许多油田现场大量使用。开展了室内声波破乳实验,对原油进行声波处理,结合超声波破乳机理、正交实验和控制变量法,分析和比较了各变量对油水分离的作用效果,最终优选出最佳参数范围:加入破乳试剂30μg·g^(-1),频率28k Hz,声强0.62W·cm^(-2),辐射时间10min,基于该频率和时间,最佳沉降温度为80℃,最佳沉降时间为60min。设计了将声波、化学剂单独及两者结合破乳实验,得出超声波-化学结合作用下原油破乳后含水率达到最低值2.6%,验证了其协同性。

摘要：分析了传统桌面级FDM型3D打印机与螺杆挤出式3D打印机的挤出原理,为提升桌面级FDM型3D打印机对打印材料的兼容性并降低打印材料的制作成本,设计了螺杆挤出式3D打印机新结构,具有螺杆与机筒便捷拆换功能。结合设计计算获得了适用于打印丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)材料的螺杆计量段结构,在螺杆低转速与小型化的要求下,可实现小流率高精度打印并可通过提高转速获得更高的流率。通过仿真实验的方法,分析了计量段熔体的速度场、压力场以及剪切速率场的特征。使用最小二乘法,得出了螺杆转速与出口流率对应的回归方程,验证了计算结果的合理性。结果表明,螺杆挤出机构能够适用于3D打印,可降低打印成本并拓宽可打印物料的选择范围,并可通过对螺杆转速的控制实现对物料挤出流率较为精确的调节。

摘要：激光熔覆成形技术可以实现零件的再制造,但成形后的零件需要通过铣削加工来提高表面质量和精度。为分析316L不锈钢激光熔覆成形件铣削加工参数对表面粗糙度和表面形貌的影响,使用正交设计和优化设计2种方法进行试验以建立多元线性回归方程。以提高表面质量为目标,通过极差分析和响应面分析进行参数优化并对比优化结果。结果表明:各参数对表面粗糙度影响的显著性由大到小依次为进给速度v_(f)、侧吃刀量a_(e)、背吃刀量a_(p)、主轴转速n;多元二次回归模型显著性更高,准确性最好;响应面优化参数组合得到的表面质量最好,形貌最佳。

摘要：针对传统熔融沉积成型技术(FDM)型3D打印机存在打印材料选择受限,普通螺杆挤出式3D打印机难以打印物性相差较大材料且清洁护理困难等缺陷。通过分析FDM型单螺杆挤出式3D打印机喷头结构快速拆卸及更换的实用性,设计出可针对不同物料进行螺杆和料筒快速拆卸变更以适应相应材料物性参数的新结构,可实现FDM型螺杆挤出式3D打印机对打印材料更广泛的兼容和更便捷的清洁护理。料筒温度是保证螺杆挤出机构稳定工作的关键参数,以熔融温度区间较大的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料为研究对象,利用ANSYS Fluent软件对打印机喷头温度场进行了仿真分析,并利用隔热和散热两种方法对喷头结构进行了优化设计。结果表明,优化后的喷头结构熔融区域明确,适应材料物性参数,能够有效防止非加热区域温度过高以及物料过早开始熔融的现象,保证了打印机运行的安全性和稳定性。

摘要：针对熔融沉积成型(FDM)3D打印设备耗材选择范围有限、喷头挤出力不足且易堵塞等问题,基于现有3D打印成型技术和螺杆挤压技术,设计了一种适用于桌面级3D打印成型设备的双螺杆结构,实现了由工业级到桌面级的小型化便捷优化。通过分析其工作机理,确定了挤压系统中核心部件螺杆的基本结构参数,建立了三维实体模型。运用有限元分析方法,研究了螺杆结构受载后的应力和形变分布规律。分析结果表明,新型螺杆在工作载荷下,最大形变量出现在螺杆头部,且只有0.031 mm,满足螺棱间隙范围和螺杆刚度要求;螺杆根部受到较大的扭矩,最大应力强度和剪应力均出现于螺纹起始外端面处,且各项应力指标均满足强度要求,此结果与基于理论计算的强度校核结果一致,说明该螺杆能正常工作运转,进一步说明该新型螺杆结构设计合理,从而为更深一步的热流体熔融挤压分析研究提供理论基础。

摘要：为了探究TC4钛合金的铣削性能与铣削参数优化问题,设计了正交铣削试验方案,获得了铣削参数即背吃刀量、侧吃刀量、主轴转速、进给速度对其铣削力、表面粗糙度、材料去除率的影响规律。将铣削力,表面粗糙度与材料去除率作为优化目标,建立了多目标优化模型,使用遗传算法进行求解,并通实际试验证明了该方法的可行性与可靠性。结果表明:各铣削参数对铣削力影响的主次顺序为:背吃刀量>侧吃刀量>主轴转速>进给速度;对表面粗糙度影响的主次顺序为:进给速度>侧吃刀量>背吃刀量>主轴转速;对材料去除率影响的主次顺序为:背吃刀量>侧吃刀量>进给速度>主轴转速。选取遗传算法所得部分参数组解集进行验证,发现所得结果与正交试验组相比,各项指标数值均在较优位置。

摘要：针对激光熔覆过程中熔覆层形貌难以控制的问题,以45钢和Fe45分别作为基材和熔覆粉末,设计3因素5水平的试验方案,并测量熔覆层的宏观尺寸。首先,利用遗传算法(GA)对反向传播(BP)神经网络的初值进行优化,建立了GABP神经网络模型,以激光工艺参数为输入、熔覆层形貌为输出进行了训练和测试,分析其预测精度。然后,分别以回归分析、BP神经网络和GA-BP神经网络三种方法建立预测模型,并与实际得到的熔覆层形貌进行比较。结果表明,通过遗传算法优化的GA-BP神经网络模型与实际的误差约为3%,BP神经网络模型与实际误差为7.38%,而回归分析预测模型预测误差最大可达到15.5%。经比较可知,GA-BP神经网络预测模型的结果与实际最为接近。故GA-BP神经网络预测模型对提高熔覆层质量具有一定的指导价值。