一种基于经验模式分解和支持向量机的传感器故障诊断方法 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

聚丙烯熔体微滴堆叠的成形精度控制机理研究
王成硕，焦志伟，迟百宏，刘丰丰，贺建芸，杨卫民
(北京化工大学 机电工程学院，北京 100029)
摘
 
要
：熔体微滴堆叠成形技术是一种适用于热塑性聚合物熔体3D打印成型的方法。本文采用聚丙烯粒料进行了熔体微滴堆叠实验，通过调整微滴堆叠成形三个方向的微滴间距W
X

、W
Y

、W
Z

和成形路径等参数，探究了影响微滴堆叠成形精度的主要因素。实验结果表明：随着微滴间距W
X

、W
Y

、W
Z

的逐渐增大，微滴堆叠成形制品的精度逐渐降低；但是微滴间距过小，会造成微滴间的热量积聚，堆叠成形制品两端产生翘曲变形，影响了制品的成形尺寸精度；相同的设备运行参数下，沿短边成形路径堆叠的制品表面精度高于沿长边成形路径堆叠的制品，这主要是由于沿短边成形路径堆叠时拐点数量增加，平均速度降低造成的，同时是制品两端会产生翘曲变形的现象。
关键字
： 聚合物熔体；微滴喷射；堆叠成形；成型精度；3D打印
中图分类号：TQ325.2
Study on the Mechanism of Droplet Scale Control of Polypropylene Melt Droplet Deposition
WANG Cheng-shuo，CHI Bai-hong，LIU Feng-feng，JIAO Zhi-wei，YANG Wei-min
(College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)
Abstract:
Keyword:
polymer melt；droplet ejection；deposition technology；scale control；3D print；
微滴堆叠成形技术是一种数字化控制微米级液滴产生和分配的技术
[
1]

。该技术基于增材制造的原理
[
2
]

，采用喷射装置将熔融的物料以微滴的形式喷出，然后利用微滴快速固化的特性
[3]

，通过计算机控制逐层堆叠成形零件。该技术可直接用于成形电子器件、微光学器件、生物骨骼、细胞载体框架、功能梯度材料等
[
4
]

。该技术与传统的微型器件制备方法相比，具有成形原料广、生产效率高、成本低、原料利用率高的优点
[
5
]

。目前，国内外学者对微滴喷射装置及理论进行了广泛的研究。
微滴堆叠成形技术可适用于金属、非金属等不同材料。对于金属微滴按需喷射技术的研究主要集中在微滴喷射机理、驱动方式选择和微滴飞行过程的热状态分析等方面
[
6
]

。而对于非金属微滴喷射的研究主要集中在低黏度的高分子聚合物与无机物的水溶液、常温下的高黏度非牛顿流体的微滴喷射设备和喷射理论方面
[7-8]

。目前对于通用塑料的微滴堆叠成形中可控参数范围的选择，保证微滴堆叠成形精度方面的研究较少。
本文利用自主设计研发的一种高聚物熔体微滴喷射装置，通过实验分析了微滴间距、成形路径等工艺参数对微滴堆叠成形精度的影响。通过调整工艺参数，在获得均匀微滴的基础上，对比分析微滴在不同间距和成形路径下的成形精度，为后续成形高质量的聚合物产品奠定基础。
1 聚合物熔体微滴堆叠成形实验设备
自行研制的聚合物熔体微滴堆叠成形设备其基本原理如下图1所示。
图1 聚合物熔体微滴堆叠成形原理
该设备中颗粒状的物料经加料口放入后，在加热系统的加热下，由一台直流伺服电机驱动一个单螺杆旋转建压输送至针阀式微滴成滴机构，通过阀针的往复运动，按照一定的频率，将熔融态的聚合物熔体以微滴的形态从喷嘴中喷射到三维运动平台上，再通过三维运动平台的不断运动最后堆叠成形制品。成形设备的控制系统主要由压力控制器、温度控制器和运动控制卡组成，其分别控制熔体的喷射压力、喷射温度和三维平台的运动。具体设备参数如下表1所示。
表1 聚合物熔体微滴喷射装置性能参数范围
 
喷射频率/Hz 
 
螺杆转速
/ r/min 
 
喷嘴与基板间距离/mm 
 
基板移动速度/ mm/s 
 
0~50 
 
0~200 
 
0~150 
 
0~100 
聚合物熔体微滴堆叠成形的过程主要是由一个个离散的聚合物熔体微滴按照一定的排布方式堆积在一起，其基本原理如图2所示。从图中可以看到，对于同一种材料而言，影响聚合物熔体微滴堆叠成形精度的主要因素便是液滴间距（W
X

、W
Y

、 W
Z

）和成形路径，本实验主要对这两个影响因素进行研究。
图2 聚合物熔体微滴堆叠成形原理图
2.实验部分
2.1 实验材料
聚丙烯料粒，牌号PP6820，上海伊士通公司，熔融指数为2000 g /10 min( 230℃)。
2.2 实验方法
本文中聚合物熔体微滴堆叠成形的设备可调整的工艺参数包括喷射压力、喷射频率、喷射温度、喷嘴与基板间距等，实验采用0.4mm的喷嘴，经过前期的实验分析发现，采用表2中所示的参数能够获得均匀的微滴大小。
表2 微滴堆叠成形工艺参数
 
工艺参数 
 
数值大小 
 
喷射压力/MPa 
 
1.6 
 
喷射频率/Hz 
 
12 
 
喷嘴与基板间距/mm 
 
1.0 
 
温度/℃ 
 
210 
3.实验结果与讨论
3.1 微滴间距W
X

对微滴堆叠成形精度的影响
微滴间距W
X

主要是通过改变基板的移动速度来控制。本文分别在基板移动速度为40mm/s、35mm/s、30mm/s和25mm/s时，测量微滴之间的距离，分析不同微滴间距W
X

下的成形精度，其成形效果如图3所示。

a

b

c

d
a-40mm/s；b-35mm/s；c-30mm/s；d-25mm/s
图3 不同基板移动速度下的微滴效果图
通过计算图中微滴之间的距离得到微滴间距和基板移动速度的关系如图4所示。从图中可 ............

书籍插图：

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