3D打印制造是一項(xiàng)新興技術(shù),是制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)快速發(fā)展的技術(shù),隨著3D打印技術(shù)的深入應(yīng)用,打印材料由單一材料轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合材料,其中碳纖維復(fù)合材料是目前研究最廣泛的復(fù)合材料之一。而噴頭作為碳纖維復(fù)合材料3D打印機(jī)的關(guān)鍵零件,對(duì)打印的工作效率、打印精度和制造工藝成本有至關(guān)重要的影響。連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的3D打印較短切碳纖維和單一的熱塑性材料的打印,目前還沒(méi)有成熟的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程中去。本文采用理論分析、實(shí)物研制、有限元分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,針對(duì)碳纖維復(fù)合材料3D打印機(jī)噴頭展開(kāi)研究,研究的內(nèi)容具體包括以下幾個(gè)方面:本文基于國(guó)內(nèi)外碳纖維復(fù)合材料3D打印工藝的方案和打印噴頭的設(shè)計(jì),搭建了復(fù)合材料3D打印實(shí)驗(yàn)平臺(tái),碳纖維預(yù)處理實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研制了碳纖維復(fù)合材料打印噴頭、噴頭固定裝置、連續(xù)碳纖維預(yù)處理浸潤(rùn)裝置,為研究提供設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。分析了復(fù)合材料的界面粘結(jié)原理,采取液相氧化的碳纖維表面氧化處理方法,對(duì)碳纖維絲進(jìn)行預(yù)處理,提高復(fù)合材料界面強(qiáng)度;分析了有限元熱分析原理,針對(duì)現(xiàn)有噴頭溫度結(jié)構(gòu)上的不合理性的地方,基于噴頭溫度場(chǎng)分析,提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,并對(duì)比分析了優(yōu)化前后的噴頭溫度分布情況。分析了打... 

【文章來(lái)源】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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MarkOne設(shè)備及復(fù)合材料樣件Fig.1-1MarkOneequipmentandcompositematerialsamples

3D 打印技術(shù)可以根據(jù)打印原理的不同分為選擇性激光燒結(jié)（SLS）、層壓固（LOM）、光固化工藝（SLA）、熔融沉積（FDM）[26]。日本東京理工大學(xué)亮介等研發(fā)的 3D 打印機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)打印連續(xù)碳纖維復(fù)合材料，它是使浸入樹(shù)脂續(xù)纖維表面均勻包裹一層基體，然后再通過(guò) 3D 打印機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的制造ossible Objects 公司研究出復(fù)合材料 3D 打印的新工藝是將材料在打印熱源內(nèi)進(jìn)，且中使用高度纖維制備 3D 打印復(fù)合材料方式，通過(guò)這種方式打印出來(lái)的材能明顯比傳統(tǒng)熱塑材料性能提高數(shù)倍[27-29]。西安交通大學(xué)的田小永[30]使用纖維熱塑性樹(shù)脂為原材料，兩種材料分別通過(guò)兩個(gè)通道進(jìn)入打印機(jī)噴頭，通過(guò)驅(qū)動(dòng)的送絲電機(jī)的作用將熱塑性樹(shù)脂材料源源不斷的輸入到 3D 打印頭中，熱塑性料在打印頭內(nèi)部加熱和熔化，使得在打印頭內(nèi)部加熱和熔化的熱塑性樹(shù)脂材料導(dǎo)管被送入噴頭中的纖維充分浸漬，與此同時(shí)，經(jīng)熔融的熱塑性樹(shù)脂材料包覆干絲在熔腔壓力作用下被擠出，然后將樹(shù)脂基質(zhì)快速冷卻并固化以粘附到工件，經(jīng)三維運(yùn)動(dòng)成形為長(zhǎng)絲纖維增強(qiáng)的 3D 打印試件，其連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合D 打印實(shí)驗(yàn)臺(tái)及打印噴頭如圖 1-2 所示，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 3D 打印原理 1-3 所示：

圖 1-3 連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 3D 打印原理圖Fig.1-3 Schematic representation of 3D printing process for CFRTPCs，復(fù)合材料 3D 打印技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，而碳纖維被大量應(yīng)用到3D打印技術(shù)中，相比連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的研究合材料比較早也相對(duì)成熟，但其性能無(wú)法滿足很多領(lǐng)域中生產(chǎn)復(fù)合材料因?yàn)槠湫阅軆?yōu)異，已經(jīng)成為學(xué)者研究的重點(diǎn)�，F(xiàn)在已于連續(xù)纖維的 3D 打印技術(shù)打印設(shè)備和工藝，但因?yàn)榉N種客觀緩慢，仍然停留在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，且其打印的設(shè)備、打印的工尚不明確。本文在現(xiàn)有的復(fù)合材料 3D 打印的基礎(chǔ)上，主要圍噴頭的分析和研制，對(duì)打印領(lǐng)域中連續(xù)碳纖維材料的打印進(jìn)行料增材制造技術(shù)的發(fā)展以及噴頭裝置的設(shè)計(jì)提供思路。要研究的內(nèi)容于現(xiàn)有的 FDM 3D 打印技術(shù)和復(fù)合材料 3D 打印的工藝，主要

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3364405