PAGE13螺桿擠出3D打印機技術發展研究的國內外文獻綜述3D打印技術自誕生起就被人們認為是“一項將足以改變世界的科學技術”，是第三次工業革命的重要標志。當今世界，我們可以在越來越多的場合見到3D打印技術，也可以使用更多種類的材料去進行3D打印。正如這項技術的名字一般，3D打印就是三維立體的打印。傳統打印技術在二維面上，使用墨水在紙上打印出所設計的內容。3D打印則把把二維平面擴到了三維上，用更直截了當且具體的技術構造出所設計的產品。伴著工業4.0時代的迅速發展，3D打印也越來越推崇備至，于此同時也成為了許多問題的焦點與核心。隨之而來的是運用3D打印技術的產品在全世界的數量逐年上升。3D打印技術制造產品的方法是逐層累計。所謂逐層累計，顧名思義就是一層一層的打印然后累積堆疊。首先打印出所設計產品的第一層，然后在第一層的上面打印出下一層。一層一層依次疊加，所有的層數都打印完后打印過程也就結束了。我們也可以將整個打印過程分解為以下幾步：得到設計好的三維建模；一層層對模型進行切片處理；對打印路徑進行制定；逐層打印；積累成型。相對比以往的傳統機械加工。像車銑刨磨這種傳統機械加工都是減材制造。這樣的傳統方式性能好、精度也高，但是同時需要巨大的機器設備，這些設備價格不菲，后期質檢維修也十分繁瑣。在加工過程中，浪費與污染也同樣存在。等材制造也是一種傳統的機械加工方式。在加工過程中材料總量不發生變化。等材制造而出的產品組織與機械性能都較差，并且對于零部件的尺度的精確制造也存在著巨大的難度，生產環境也十分的惡劣，工作強度也十分巨大。但是，3D打印技術便可以很好的補充傳統機械加工。特別是對于=內些比較復雜的零部件，3D打印技術的優點更加顯著。3D打印技術與原有的傳統機械加工技術相輔相成，互相彌補不足，我國的機械制造業才可以得到更大的進步。3D打印技術可以分為以下幾種。光固化打印（SLA），熔融沉積技術（FDM），選擇性激光燒結技術（SLS）等。光固化打印（SLA,Stereolithography）：光固化打印把光敏樹脂做為原材料。在打印之前，將光敏樹脂置于打印機的液槽里。同時打印機會安裝一個可以發射紫外激光的激光發射器。液槽被紫外激光照射后，光敏樹脂會即刻發生固化，這樣一來就完成了一層的成型工作。下一步，電機接受信號，平依據喜好平臺上下移動，移動打印一層的厚度，緊接著激光器再次發射激光，下一層的固化就這樣完成了。循環往復就會打印成所需的物品。光固化成型3D打印機優點有許多。因為激光與光敏樹脂成型的速度都很快，光固化成型3D打印機的制造速度也很快，光固化成型3D打印機在系統穩定的同時打印出來的產品也擁有很高的精度與不俗的表面質量。但是光固化成型3D打印機在打印時需要支撐。提供支撐的平板結構并非零件自身所帶的結構，在打印結束后需要把支撐結構除去，去除的時段必須是零件還未完全成型的手段。除此之外光固化成型3D打印機的制作維修成本都不低。光固化成型3D打印機同樣還有其它缺點。為了實現光固化打印的原理，我們需要使用光敏樹脂做為原材料，但不得不提的是光敏樹脂具有一定的毒性。在打印機工作時溫度會上升，溫度的上升會導致光敏樹脂揮發，這樣一來揮發的光敏樹脂蒸汽就可能被工作人員吸入危害人員身體健康。光敏樹脂同樣可能對環境形成污染。光敏樹脂的價格也不菲。這樣一種不便宜的原材料，但是它的強度、剛度、耐熱型都很普通。因此選擇光固化成型3D打印機一定要慎重考慮。下面開始介紹熔融沉積技術（FDM,FusedDepositionModelling）的原理。熔融沉積技術時采取高溫熔化的方法。首先將材料熔化成熔融態，接下來再進行3D打印。在打印前，我們憑借螺桿擠絲的處理方法把打印所需要使用的線材做成線筒。然后將線筒放入3D打印機內開始進行打印工作。通過擠入齒輪將絲材擠入噴頭組件。在組件中經過高溫處理，后形式熔融態送入噴嘴，通過噴嘴把絲材往打印平臺噴出，在打印平臺上進行冷卻，依照指令完成一個層面的打印。接下來打印平臺下降一段距離，這段距離正是所設置的打印件分層后一層的厚度。接下來接著進行上一個步驟，循環往復形成產品。打印噴頭通過計算機控制，一步步沿著所設計的路徑在X-Y水平面運動，這樣一來擠出的線材就會沿路徑堆積。大多數比較常見的工程塑料都可以做為FDM3D打印機的原材料，正因如此FDM3D打印可以使用的范圍很廣，成本也不高。但人無完人金無足赤，FDM3D打印所形成的產品僅依靠層間力去實現每一層之間的結合。也正因如此，這種成本低、范圍廣的3D打印所制作而成的零件在垂直方向上的機械性能比較差。這種技術的使用還需要經過深思熟慮綜合考量。下面開始介紹選擇性激光燒結技術（SLS,SelectiveLaserSintering）。這種技術與光固化成型原理較為相似。選擇性激光燒結技術同樣選擇激光做為重要工具，同樣也是運用增材制造的方式完成打印工作。但是，與光固化原理不同的是，選擇性激光燒結（SLS）3D打印機使用紅外激光束。在選擇性激光燒結3D打印機工作時，將紅外激光射線照射于材料之上從而實現成型。選擇性激光燒結技術以固體粉末做為原材料，與光固化成型技術類似，固體粉末也被放在一個供料倉內，打印件高度方向上的移動是由供料倉來實現。按照操作者設定的軌跡，紅外激光在固體顆粒上移動，被紅外激光照射到的固體粉末會因為激光所帶來的高溫而燒結在一起，當激光在這一層面上按要求掃描完畢后，裝有固體粉末的供料倉會按照設定的參數向下移動一端距離，激光束再重復上述不住，一層一層慢慢實現激光燒結成型。根據原理所有的材料均可以重復使用，因此浪費率極低，十分節約材料，此外由于在打印過程中是先鋪平一層材料，因此這樣的打印方式不需要設置支撐部分，也就不存在后續的去除支撐，降低了打印難度。但是由于顆粒尺寸較大，因此打印出的產品表面十分粗糙，不適合用于打印精度較高的產品。在3D打印領域中，高性能特種工程塑料應發展要求和需要，逐漸成為主流材料，所謂的高性能特種工程塑料就是指一類綜合性能較其他塑料材料而言更加優越的結構性聚合物材料，具有獨特的分子結構，因此具有高強度、質量輕、耐熱性好等特點。目前高性能特種工程塑料應用場景十分廣泛，上至航空航天領域，下至汽車制造業，高性能特種工程塑料已經深入我們生活的各個領域。高性能特種工程塑料的某些性能堪比金屬材料，但同時高性能特種工程塑料更輕，更具有某些優越性，因此現在各國正在加緊推進高性能特種工程塑料的發展，力求在這個領域搶得先機。雖然在某些方面高性能特種工程塑料顯示出卓越的性能，但是不可否認這些材料也同時具有某些限制和缺陷，因此在實際使用中，更多的是對材料進行某些改性處理，針對不同材料的不同特性進行不同的改性處理，使得材料更符合使用要求。與輕質生物材料，如：絲綢、貝殼等，相比，高性能特種工程塑料制造呈現出能源和動力密集的特點，同時產品具有脆性，容易斷裂，另外制造完畢后難以回收重復利用，所以仍有很大空間進行改進。輕質生物材料之所以具有更加優異的性能是因為這些材料是由定向自組裝形成復雜的結構形狀，這樣形成的產品具有更出色的機械性能。液晶聚合物（LCP，LiquidCrystalPolymer）是一種較為特殊的材料，當溫度高于熔融溫度或玻璃化轉化溫度時，不僅具有液體的流動性，還具有晶體的各向異性。現在液晶聚合物主要用于航空航天、電子電氣領域。液晶聚合物的分子是棒狀分子，在常溫下這些剛性棒狀分子有序排列，整體上顯示出卓越的性能，如電性能、力學性能、耐腐蝕性等。而當溫度高于材料熔點時，芳香族熱塑性聚酯的剛性分子鏈會自組裝成向量域。根據分子控制理論，液晶聚合物的分子控制時自下而上的，而FDM工藝的成型方式是自上而下的，因此，將液晶聚合物使用FDM工藝進行3D打印實現了自由設計，解除了結構限制。但是因為液晶聚合物的高粘度，將液晶聚合物進行傳統的擠絲過程較為困難，擠出的線材很容易斷裂，更別說繞在纏絲筒上。近些年來有些研究人員將擠絲與打印過程結合在一起，設計研發出了螺桿擠出打印機。螺桿擠出機一般包括進料系統、溫控系統、擠出系統、動力系統以及用于控制螺桿擠出機的電氣控制系統。在一臺螺桿擠出機中，用于擠壓材料的螺桿最為重要。螺桿的設計已十分完善，一般來說，可以將螺桿以其發揮的作用進行劃分，從進料處開始的一段被稱為進料段，螺桿中間的一段被稱為塑化段，螺桿末尾的那一段被稱為均化段。將螺桿擠出的關鍵部件螺桿加入到打印機上，直接放進塑料顆粒，在螺桿的作用下塑料顆粒被擠壓成絲，擠絲出口端與打印機的噴嘴相連，擠出線材后就由打印機進行打印，這樣的方式不僅快捷，更提供了連續打印的方式。國內最早的螺桿擠出打印機是由王天明于2005年利用微型螺桿所研制的顆粒料擠出打印機，這個打印機雖然存在缺陷，但是這個想法卻啟示了一部分研究者，一代又一代螺桿擠出打印機應運而生。參考文獻[1] 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