帶齒輪泵的渦旋和隔膜噴嘴：更好的3D打印方式？

熔融沉積建模（FDM）3D打印是一種通過噴嘴沉積加熱材料以制造零件和部件的技術(shù)。擠出機(jī)中的輥?zhàn)釉谄淙刍�成半液體或液體形式之前產(chǎn)生足夠的壓力以將材料擠壓到液化器中，并且在與構(gòu)建平臺(tái)或先前擠出的層接觸時(shí)被推出噴嘴以固化并形成細(xì)絲。您可能沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，但您使用的3D打印噴嘴類型確實(shí)會(huì)對(duì)3D打印質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系的一組研究人員最近發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了兩種類型的噴嘴，這些噴嘴可能更適合FDM 3D打印過程。

在題為“基于FDM過程的參數(shù)可調(diào)增材制造過程的基礎(chǔ)研究”的論文中，研究人員在開放獲取的MATEC Web of Conferences出版物系列中發(fā)表了一篇文章，研究人員解釋說，傳統(tǒng)上認(rèn)為3D打印部件的重要組成部分是分辨率由每個(gè)材料擠出支架的小橫截面積貢獻(xiàn)。但是，較小的橫截面長絲具有較慢的擠出速率，這增加了構(gòu)建時(shí)間。

有許多嘗試來解決這個(gè)問題，例如應(yīng)用每個(gè)層的最大允許厚度或使用較低的支撐體積來定位類似貝殼的結(jié)構(gòu)。但是，研究人員指出，在FDM過程中，對(duì)擠出參數(shù)進(jìn)行了大量調(diào)整以控制分辨率。

摘要中寫道：“在熔融沉積建模（FDM）過程中，高生產(chǎn)率和高質(zhì)量產(chǎn)品之間存在沖突。產(chǎn)品分辨率與加熱材料擠出的流速成正比，這直接影響構(gòu)建時(shí)間。為了在可接受的分辨率下縮短構(gòu)建時(shí)間，引入了參數(shù)可調(diào)節(jié)打印過程的思想。對(duì)可控?cái)D出機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了兩種直徑可變噴嘴。這項(xiàng)工作在FDM過程中實(shí)現(xiàn)了基于零件幾何形狀的不同分辨率構(gòu)建，可以有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)提高生產(chǎn)率。

FDM 3D打印機(jī)噴嘴的直徑不僅會(huì)影響材料的擠出速度，還會(huì)影響3D打印的分辨率。確定分辨率后，可以成功計(jì)算其相應(yīng)的擠出參數(shù)，以確定參數(shù)與零件幾何之間的關(guān)系�！霸诒疚闹�，噴嘴直徑被選為主要的可變擠壓參數(shù)，”研究人員解釋說。 “對(duì)打印機(jī)的擠出機(jī)進(jìn)行了修改以適應(yīng)新工藝，該工藝確定了特定分辨率下的擠出參數(shù)。推導(dǎo)出零件幾何形狀與所需分辨率之間的關(guān)系，并為該過程設(shè)計(jì)了兩種直徑可變噴嘴�！罢承粤黧w流通常使用容積式齒輪泵進(jìn)行計(jì)量，因此研究人員使用3D打印機(jī)的擠出機(jī)中的一個(gè)進(jìn)行研究。研究人員表示，“假設(shè)噴嘴移動(dòng)的速度與材料擠出速度相同，以獲得可靠的分辨率�！�

虹膜光圈部件的幾何形狀：（A）基座，（B）彎曲刀片，（C）轉(zhuǎn)動(dòng)盤

噴嘴最大（A）和最小直徑（B）的俯視圖

被稱為可變光闌的光學(xué)部件具有多個(gè)薄而光滑的葉片，這些葉片以這樣的方式布置以形成圓孔。由于其可控制的孔徑，該光圈通常用于限制在相機(jī)快門中傳輸?shù)匠上駛鞲衅鞯墓饬俊＿@使得它成為可以改變3D打印機(jī)噴嘴直徑的組件的不錯(cuò)選擇。“與傳統(tǒng)的擠出印刷噴嘴相比，虹膜形噴嘴可以輕松調(diào)節(jié)直徑，并在印刷過程中實(shí)現(xiàn)可變直徑，”研究人員在論文中解釋說。 “虹膜隔膜的多葉片可以保證噴嘴的圓形橫截面形狀。利用電子控制系統(tǒng)可以精確快速地改變噴嘴直徑�！�

滾動(dòng)噴嘴的幾何形狀

但是，即使虹膜形狀可能改變噴嘴的直徑，它也可能在圓孔周圍有一些間隙，在材料擠出過程中會(huì)造成泄漏，高溫甚至?xí)�使刀片軟化并�?dǎo)致打印損壞。這就是為什么研究人員設(shè)想了一種可以“在不設(shè)置噴嘴中的額外平面的情況下”工作的滾動(dòng)模型。受紙卷軸的啟發(fā)，滾動(dòng)噴嘴的圓形底部隨著形狀的滾動(dòng)而變小，盡管它將繼續(xù)呈圓形。這就是為什么具有簡單直徑控制的滾動(dòng)模型可能是更好的,對(duì)于具有可變直徑而不是可變光圈形狀的3D打印機(jī)噴嘴來說，這可能是更好的選擇。

研究人員得出結(jié)論：“到目前為止，已經(jīng)建立了參數(shù)可調(diào)FDM過程的理論模型。 使用容積式齒輪泵對(duì)打印機(jī)的擠出機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，以通過改變轉(zhuǎn)速來控制流速，從而可以通過在一定的最佳擠出速度下擠出過程中的流速來調(diào)節(jié)由長絲直徑表示的分辨率。"

來源：中國3D打印網(wǎng)