粉材噴液增材制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)及材料研究.pdf

1、粉材噴液（三維打印Power Bed and Inkjet Head3D Printing，3DP）技術(shù)是增材制造技術(shù)的主要工藝方法之一，具有成本低、加工速度快、全彩色制造等突出優(yōu)點(diǎn)，在模型制作、生物制造等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。但是，該技術(shù)相對(duì)于激光選區(qū)燒結(jié)/熔化、熔融沉積制造、光固化等其他增材制造技術(shù)其技術(shù)成熟度略低，材料體系有待完善。為此，本文設(shè)計(jì)和研制了一種粉材噴液增材制造原型機(jī)，并實(shí)驗(yàn)了兩種材料體系，初步驗(yàn)證其成形原理及效果。<

2、br>　　選用熱氣泡式惠普HP802噴頭作為噴液器件，設(shè)計(jì)了工藝原型機(jī)。機(jī)械部分由框架、送粉系統(tǒng)、鋪粉系統(tǒng)及噴頭機(jī)構(gòu)四部分組成。分別使用運(yùn)動(dòng)控制卡和ARM系統(tǒng)開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴頭（X軸）、滾珠絲杠（Y軸）、雙缸（Z軸）以及鋪粉輥的運(yùn)動(dòng)控制。整機(jī)具有系統(tǒng)開放度高、控制成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　設(shè)計(jì)了一種以石膏為基體材料的粉材噴液增材制造用材料體系。設(shè)計(jì)由去離子水、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化銨組成的噴射液體，由α石

3、膏、聚乙烯醇、羥乙基纖維素、納米級(jí)二氧化硅和硫酸鈣組成混合粉末。該材料成形制件在水平面平行和垂直與噴頭噴射方向的變形率約為2％，在對(duì)角線方向加成形成的變形率為3%，略優(yōu)于國外同類商業(yè)設(shè)備相似材料的變形率。彎曲實(shí)驗(yàn)表明，成形件的初始彎曲強(qiáng)度1.96MPa，浸滲硅溶膠后彎曲強(qiáng)度增大至8.77MPa，制件機(jī)械性能接近國外相似材料強(qiáng)度。SEM微觀形貌表明，成形件中高分子粘結(jié)劑及水的比例過高，影響了半水石膏的水合生長，導(dǎo)致強(qiáng)度較低；浸滲后填充制件

4、空隙且激發(fā)半水石膏再次水合生長，從而提升了強(qiáng)度。
　　以聚苯乙烯為基體粉末、聚乙烯醇為粘結(jié)劑組成混合粉末，以水、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化銨為噴液材料，設(shè)計(jì)了一種以聚苯乙烯為基體材料的粉材噴液增材制造用材料體系。重點(diǎn)研究粉末配比對(duì)成形件性能的影響。結(jié)果顯示，PVA含量為25%、PS含量為75%時(shí)，制件性能最優(yōu)，變形率1.7%，初始強(qiáng)度0.26MPa。滲蠟后，制件空隙得到填充，強(qiáng)度提高至3.38MPa。燒失實(shí)驗(yàn)表明