【《螺杆挤出数值模拟技术国内外研究现状文献综述》1700字】

螺杆挤出数值模拟技术国内外研究现状文献综述由于物料在螺杆中的流动行为非常复杂，解析法很难进行，数值模拟的方法就恰到好处。螺杆挤出在塑料机械中比较常见，经过前人的诸多摸索，最终确定了螺杆三段理论，即固体输送段，压缩段和均化段。聚合物加工可以通过数值模拟技术来提高螺杆的加工挤出效率，如有限元等辅助CAE手段[22]。如REF_Ref66387380\h图1-2所示，颗粒料在某螺杆中的流动过程。图1-SEQ图1-\*ARABIC2颗粒料螺杆内部流动Fig.1-2InternalflowofgranularmaterialscrewTadmor[23]最早提出了用数值模拟计算方法来计算螺杆挤出的思路。Hieber等[24]也是很早就进行螺杆挤出数值模拟的前辈先行，而且使用CAE分析手段得到了数值模拟曲线。ChiruVella等[25]对单头螺杆挤出的建立了平面模型，使用了有限元模拟粘性流体在螺杆中场图和设置不同参数，表达了螺杆的挤出效果。Kung[26]等提出了瞬态熔融模型，此模型模拟可以解释稳态熔融模型不能解释的现象。FeuerbachTim等[27]人面对常见的线材在螺杆挤出的现象，大胆创新设计了直接打印粉末形式的材料，不需要中间的丝材，并且对螺杆输送特性与材料进行了实验性研究，并符合其确立的模型。张国才等[28]通过使用有限元分析软件模拟了在相同温度下PE材料在不一样的剪刀式单头螺杆挤出机的流场剪切过程，从而为螺杆机械结构优化提供了重要的理论参考依据。李凌丰等[29]主要研究了螺杆挤出过程中，以颗粒材料加入时，建立了一系列的弹性力学方程和模型，研究了颗粒进入螺杆的有限元熔融状态的场分布图。杜佳佳[30-31]使用了CAE分析软件FLUENT来数值模拟了木塑复合材料在螺杆中的性能参数，这为螺杆挤出数值模拟提供了重要依据，具有很好的借鉴意义。何昱煜等[32]人也使用了ANSYS来数值模拟了打印头在螺杆的输送下挤出堵塞问题，通过模拟，找到了喷头堵塞原因，这为喷头优化节约了大量时间和经济成本。P.A.Moysey等[33]运用了离散单元的方法模拟了单头螺杆中不同材料的挤出成型。由于材料是颗粒料，又进行了螺杆中材料测试和检验。吴超等人[34-36]使用CAE手段对螺杆的静力学和流体力学进行了相关数值模拟，研究了螺杆自身参数等对挤出效果的影响，通过模拟发现流体的流量大小和挤出速率等具有很大的匹配关系，通过改变螺杆不同的转速和更换不同螺距和直径的螺杆，可以得到不同的挤出规律，这为有效预防螺杆挤出头喷嘴堵塞问题提供了有限参考。基于以上专家学者在螺杆理论研究基础上，开辟的计算机模拟方法更好的提高了研究效率，也为本课题的研究工作引入很好的方向与基础。综上所述，目前国内外关于采用多材料进行3D打印的研究还很少，对基于螺杆挤出原理3D打印机结构设计与研究报道也较少。3D打印技术应用及设备研发是工业科技领域的重点研究对象，基于螺杆挤出原理多材料3D打印具有很大的技术潜能和应用前景。因此，本课题开发一款具有市场应用前景的新型螺杆挤出型多材料3D打印机，此打印机以螺杆挤出为原理，结合颗粒料易获得的特点，采用生物降解PLA基木塑复合材料作为打印原材料进行打印设备测试。参考文献[1] 张渝.3D打印技术及其在快速铸造成形中的应用[J].铸造技术,2016,37(04):759-764.[2] 李耀刚,叶晓濛,纪宏超,等.先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置的设计与优化[J].北京工业大学学报,2019,45(12):1173-1180.[3] 冯韬,陈继飞,王超,等.陈文刚.FDM型多喷头3D打印机设计与分析[J].数字印刷,2020(05):53-61.[4] 霍恩光.螺杆式塑料颗粒3D打印机的优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.[5] EunYS,FredrickK,FaizanE,etal.Composition-segmentedBiSbTethermoelectricgeneratorfabricatedbymultimaterial3Dprinting[J].NanoEnergy,2021,81:105638.[6] XieMY,ZhuMZ,YangZS,etal.Flexibleself-poweredmultifunctionalsensorforstiffness-tunablesoftroboticgripperbymultimaterial3Dprinting[J].NanoEnergy,2021,79:105438.[7] AlexeyU,EugenW,FabianH,etal.Multimaterial3Dprintingofadefinitivesiliconeauricularprosthesis:Animprovedtechnique[J].TheJournalofProstheticDentistry,2020,02:21-28.[8] MichalSH,RyanSP,CarolineM,etal.Multimaterial3DPrintingforMicroroboticMechanisms.[J].Softrobotics,2020,7(1):32-38.[9] 乔羽.多材料建筑三维打印成型方法[P].中国专利:CN105625720A,2016-06-01.[10] 黄子帆,李俊美,李欧阳,等.3D打印用转轮式多色挤出系统及配套的多色3D打印方法[P].中国专利:CN106891521A,2017-06-27.[11] 周雪莉,刘庆萍,任露泉,等.一种适用于多材料多工艺3D打印装置[P].中国专利:CN205310848U,2016-06-15.[12] 李圆圆,王远.基于熔融沉积技术的3D打印产品设计探讨[J].工业设计,2020(03):157-158.[13] 唐天福,高应瑞,岳旭,等.Delta3D打印机研究现状与关键技术[J].装备制造技术,2019(11):13-16.[14] 吴彦之,侯和平,徐卓飞,等.熔融沉积成型喷头系统的研究进展[J].中国塑料,2019,33(09):116-124.[15] VladimirEK,AlexeyNS,UrzhumtsevOD,etal.StrengthofPLAComponentsFabricatedwithFusedDepositionTechnologyUsingaDesktop3DPrinterasaFunctionofGeometricalParametersoftheProcess[J].Polymers,2018,10(3):41-44.[16] 邵中魁,黄建军,姜耀林,等.工业级熔融沉积3D打印机结构优化设计研究[J].精密制造与自动化,2020(04):6-9.[17] IzaskunL,JulenV,TamaraC,etal.CelluloseandGrapheneBasedPolyurethaneNanocompositesforFDM3DPrinting:FilamentPropertiesandPrintability[J].Polymers,2021,13(5):20-23.[18] MahmoudM,AhmadA,DavoodR,etal