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新西兰研究人员开发和表征微颗粒挤出机和3D打印系统

导读: 在3D打印社区中,基于细丝的挤出是一种非常普遍的做法,但挤出仅需要使用细丝就没有必要,至少就FFF 3D打印机而言。为了成功地将材料层沉积到3D打印物体上,FFF系统只需要一个易于控制的物料流,无论是使用冲头式还是注射式打印机或颗粒挤出机系统。

3D打印社区中,基于细丝的挤出是一种非常普遍的做法,但挤出仅需要使用细丝就没有必要,至少就FFF 3D打印机而言。为了成功地将材料层沉积到3D打印物体上,FFF系统只需要一个易于控制的物料流,无论是使用冲头式还是注射式打印机或颗粒挤出机系统。

新西兰研究人员开发和表征微颗粒挤出机和3D打印系统

在颗粒挤出的过程中,使用螺杆作为进料机构来移动和熔化料筒内的物料,然后将其从热模具中取出。颗粒挤出是一个稳定的过程,在3D打印材料中提供了更多的灵活性和选择性,但是螺杆式颗粒挤出机设计虽然具有许多优点,但比其他方法更为复杂。但是这种类型的系统是来自新西兰奥克兰梅西大学的一个研究小组正在努力创造的。

来自大学工程与先进技术学院的增材制造中心的研究人员一直在开发和表征一种微型颗粒挤出机,以及相应的3D打印系统。

新西兰研究人员开发和表征微颗粒挤出机和3D打印系统

来自增材制造中心的机电一体化和机器人高级讲师Khalid Mahmood Arif博士告诉小编:“该颗粒挤出机是根据满足小规模系统尺寸、速度和要求的首要原则而设计的。据我们所知,这是第一次不仅开发出颗粒打印机,而且还对其强度、表面质量和打印部件的一致性进行了科学的表征。“

该研究团队在国际先进制造技术杂志上发表了一篇题为“3D打印生物聚合物颗粒的挤出系统的设计和开发”的论文。合著者包括Sean Whyman、Arif博士和Massey Agritech合作研究中心机器人技术教授Johan Potgieter。

新西兰研究人员开发和表征微颗粒挤出机和3D打印系统

根据摘要,“挤出系统是任何融合沉积式3D打印技术的组成部分。然而,在商业和爱好者打印机中发现的挤出机设计大多适用于长丝形式的材料。尽管用细丝打印本身不是问题,但是可能不容易获得仍未被开发的3D打印材料,例如生物聚合物和材料混合物。在研究和爱好者空间中,这尤其是一个问题,因为打印从已打印部件回收的各种材料的能力可能是最重要的。本文介绍了一种用于生物聚合物3D打印的基于颗粒的挤出系统。系统根据第一原理设计,因此可以通过参数调整或轻微的硬件修改扩展到其他材料。一个强大的机电一体化设计已经实现了使用非常规但简单化的方法。挤出系统使用一系列控制因素在打印过程中生成一致的材料输出。该平台和周围的流程被设置,以便可以使用软件来定义打印参数,这允许更简单地适应不同的材料。通过广泛的打印和测试打印部件,证明了挤出机的实用性。“

在这篇论文中,研究人员讨论了他们的颗粒挤出机的设计和开发,该颗粒挤出机可以挤出生物聚合物和更常见的3D打印聚合物(如PLA)的混合物,颗粒长度和直径为1-3毫米。

该团队从头开始设计了轻量级系统,严重依赖基本挤出理论,使所有工作都能按照应有的方式进行。该颗粒挤出机具有诸如温度控制、液体冷却和受控颗粒进料等先进特征,并且还包括驱动马达,用于成形材料输出的挤出模具,用于供给适量材料的料斗系统以及用于输送颗粒的挤出螺杆。

新西兰研究人员开发和表征微颗粒挤出机和3D打印系统

“我们的颗粒挤出机的设计在很多方面与传统的颗粒挤出工艺非常相似,”该论文描述道。“这是一台简单的全尺寸单螺杆挤出机,可以与消费者规模的3D打印平台一起工作。挤出机垂直安装有控制聚合物输入的滴液加料器,引导和保持材料的料斗,加热聚合物的加热带以及围绕挤出机颈部的液体冷却回路。“

挤出系统的目标是能够在不燃烧的情况下持续打印与PLA聚合物混合的Harakeke亚麻纤维。

该团队使用两种不同的挤出机设计打印出各种物品,然后测试3D打印部件的机械性能,以查看两种设计之间的打印质量是否有明显差异,从而使他们的新系统脱颖而出。

据悉,该研究的结论是:“挤出机的创新设计造就了一个小巧轻便的装置,它可以安装在开源扫描系统上,并可用于打印,就像基于纤维的对应物一样。”

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