双螺杆多材料3D打印挤出机构设计与仿真分析

摘要

针对目前3D打印单一材料不能完全满足应用性能要求的现状，设计出一种双螺杆挤出式3D打印多材料的混合打印机构，用于高固含量陶瓷浆料的挤出成型。通过对双螺杆的重要参数进行设计和计算，实现了双螺杆机构的小流率稳定挤出。使用ANSYS的POLYFLOW模块对螺杆转速1～15 r/min下流体的流变特性进行仿真分析，得到整个流道压力场、速度场和剪切速率场的分布规律，仿真结果表明出口流率范围为0.66～6.48 mm~3/s,打印速度为2～23 mm/s,适合陶瓷浆料挤出成型。同时对打印机构的混合性能进行评估，得出不同螺杆转速下的材料组分分布，并采用示踪粒子法得到粒子的停留时间分布函数和累积停留时间分布函数；结果表明，螺杆转速越高，其轴向混合能力越弱，自洁能力越强。所设计双螺杆挤出机构可以满足低转速小流率的高精度打印，实现多种材料变组分的实时混合和精准打印。

关键词

多材料 / 3D打印 / 双螺杆 / 陶瓷浆料