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)。擠出機中的輥子在其熔化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)建平臺或先前擠出的層接觸時被推出噴嘴以固化并形成細絲。您可能沒有意識到這一點，但您使用的3D打印噴嘴類型確實會對3D打印質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。佛羅里達大學(xué)機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)上認為3D打印部件的重要組成部分是分辨率由每個材料擠出支架的小橫截面積貢獻。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)建時間。

有許多嘗試來解決這個問題，例如應(yīng)用每個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，對擠出參數(shù)進行了大量調(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)建時間。為了在可接受的分辨率下縮短構(gòu)建時間，引入了參數(shù)可調(diào)節(jié)打印過程的思想。對可控擠出機進行了改進，設(shè)計了兩種直徑可變噴嘴。這項工作在FDM過程中實現(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，同時提高生產(chǎn)率。

FDM 3D打印機噴嘴的直徑不僅會影響材料的擠出速度，還會影響3D打印的分辨率。確定分辨率后，可以成功計算其相應(yīng)的擠出參數(shù)，以確定參數(shù)與零件幾何之間的關(guān)系�！霸诒疚闹校瑖娮熘睆奖贿x為主要的可變擠壓參數(shù)，”研究人員解釋說。 “對打印機的擠出機進行了修改以適應(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行計量，因此研究人員使用3D打印機的擠出機中的一個進行研究。研究人員表示，“假設(shè)噴嘴移動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快門中傳輸?shù)匠上駛鞲衅鞯墓饬�。這使得它成為可以改變3D打印機噴嘴直徑的組件的不錯選擇�！芭c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”工作的滾動模型。受紙卷軸的啟發(fā)，滾動噴嘴的圓形底部隨著形狀的滾動而變小，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模型可能是更好的,對于具有可變直徑而不是可變光圈形狀的3D打印機噴嘴來說，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打印機的擠出機進行改進，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)