【《多材料3D打印挤出头结构设计案例》9400字】

多材料3D打印挤出头结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u9577多材料3D打印挤出头结构设计案例 127511.1引言 1287471.2普通螺杆设计 280481.3普通螺杆数值模拟 6208251.4螺杆对比选择 1285811.5多材料挤出头设计 13213691.5.1Y字型多材料3D打印挤出头设计 1365591.5.2L字型多材料3D打印挤出头设计 14104561.5.3竖直型多材料3D打印挤出头设计 16135971.5.4对比选择 1714571.6小结 17引言挤出头是3D打印机系统的核心部件，主要包括挤出螺杆、料筒、喷嘴等。其中螺杆设计是挤出头的关键结构，其主要作用是对物料的输送、压实、塑化和施压。因单螺杆相对双螺杆具有结构简单，维修方便等特点而被广泛应用。3D打印机的关键结构就是挤出头，其包括螺杆、料筒、料斗和喷嘴等。螺杆作为挤出头的挤出元件，主要对打印颗粒料进行传送、塑化和熔融挤出。打印颗粒料进入螺杆可分为三段：加料段、塑化段（压缩段）和均化段（计量段）。螺杆的挤出效果因为结构设计几何参数的不同也会有区别，如长径比、三段长度、压缩比等。如今随着计算机技术的快速发展，CAE仿真技术对螺杆结构设计起到了很好的帮助作用。螺杆和料筒配合的间隙的流体域是熔融料稳定挤出的重要条件，挤出头尺寸和料筒温度的变化影响挤出头内打印材料的流动性能，最终影响打印产品的精度。通过CAE软件可以对打印机挤出头挤出螺杆进行流场仿真分析。普通螺杆设计与其他成型加工方法相比，螺杆挤出具有构造简单、容易操作等优点。作为多材料打印机机械结构的重要组成部分，本文设计的多材料3D打印挤出头系统是基于螺杆挤出原理设计的，螺杆是挤出头组件的关键组成部件，其挤出结构形式是：粒料在螺杆和料筒间隙受螺杆螺旋挤压作用挤出成型。所以，螺杆设计的好坏往往是关键的一环[50]。图3-1单头螺纹的螺杆几何参数Fig.3-1Geometricparametersofsinglethreadscrew螺杆和料筒间隙配合旋转从而带动打印材料沿螺槽前进挤出。如图3-1所示，是单头螺纹的螺杆几何参数示意图，其中D为螺杆直径，Ds为螺杆根径，φ为螺旋升角，S为螺距，在单头等距螺纹中，螺距S=导程T，因为T=S*P，P为螺纹头数。W为螺棱间垂直距离又叫螺槽法向宽度，e为螺棱厚度又叫法向螺棱宽度，B为螺棱间轴向距离，δ为螺棱顶部与机筒之间的径向间隙，H为螺杆根部与机筒内表面之间的距离。对螺杆设计者来说，螺杆可以分为三部分，分别是螺杆尾部无螺纹部分、螺杆有效长度部分和螺杆头部分。其中，螺杆有效长度分为三段，分别是加料段L1、压缩段（塑化段）L2和计量段(均化段)L3。螺杆三段长度的确定是很重要的。因为，H为螺杆根部与机筒内表面之间的距离，所以，螺槽深度反映了螺杆在轴向长度上的参数变化。其中，H1为加料段螺槽深度，H3为计量段螺槽深度，H2是压缩段螺槽深度一般由H1递减到H3。而且H3螺槽深度越小，料层内部就会产生更多的热量，所以，这里对物料的塑化熔融有帮助。δ为螺棱顶部与机筒之间的径向间隙，因为本文主要针对的是粘弹性流体PLA，粘度相对水来讲大得多，而且本文设计的是多材料3D打印机，所以此处有时会设计加入一些填料，比如玻璃纤维、KH550和MAPP等。这样可能会导致螺杆和料筒的磨损等。因此，综合上述介绍，本文δ取值为0.15mm。根据螺杆有效长度三段论可以将螺杆分为渐变型螺杆、突变型螺杆和通用型螺杆。顾名思义，渐变和突变指的是螺杆根径Ds渐变和突变，通用型螺杆适用于结晶性和非结晶性塑料，适用范围广。一般情况下，渐变型螺杆的压缩段较长，而突变型螺杆的压缩段较短，通用型螺杆的压缩段长度介于渐变型螺杆的压缩段和突变型的螺杆的压缩段之间。本文设计的三种螺杆除了三段长度区分外，其余参数一样。其中，经过前文设计，H1为2.1mm，H3为1mm，H2是从2.1至1mm渐变。三类普通螺杆具体长度分配值如表3-1所示。首先，确定螺杆直径D。因为我国挤出机螺杆标准直径有：25，30，45，60，75，80，90mm等。但是本文研究的是基于螺杆挤出原理多材料3D打印机结构设计，螺杆对打印机来说，是一个精密挤出的元件，查阅文献50，此处螺杆直径D定为25mm。其次，确定螺杆长径比。为了更好的提高螺杆挤出量，人们通常会通过提高普通螺杆的长径比来提高螺杆产量。但因为考虑打印机的成型空间和机身框架高度，结合常规长径比20~30的范围内，因为此处打印机要保证良好的打印精度，由于长径比过长，可能会使一些容易分解的易于挥发的热稳定性差的材料变质，在螺杆内停留时间过长。也会导致螺杆弯曲或者和料筒同心度偏离。所以，长径比不能选的过大，结合文献50，因此长径比定为20。故螺杆有效长度L为500mm。最后，确定螺杆分段。普通螺杆本文共设计了3种，其中已知螺杆有效长度就可以根据表3-1算出三种普通螺杆的具体三段长度。表3-1普通螺杆三段长度分配Table3-1Threesectionsofnormalscrewlengthdistribution序号类型参数取值比例1渐变型加料段L1：（0.25-0.30）L0.3压缩段L2：（0.50）L0.5计量段L3：（0.15-0.20）L0.22突变型加料段L1：（0.65-0.70）L0.7压缩段L2：（0.05-0.15）L0.1计量段L3：（0.20-0.25）L0.23通用型加料段L1：（0.30-0.45）L0.35压缩段L2：（0.20-0.40）L0.4计量段L3：（0.20-0.30）L0.25要完成一个螺杆的设计工作，仅有三段长度是无法确定的。所以，还应该设计螺杆的其他几何参数。1）计量段螺槽深度H3因H3是系数K与螺杆直径D的乘积，K=0.02~0.07，故计量段螺槽深度H3为1mm。2）几何压缩比结合打印颗粒材料，几何压缩比取值为2。因，式中为几何压缩比，D为螺杆直径，H1为加料段槽深（mm），H3为计量段槽深（mm）。故计算得螺杆加料段螺槽深度H1为2.1mm。3）螺旋升角φ对于单头螺纹来说，螺距S、螺旋升角φ和螺杆直径D满足S=πDtanφ，此处螺距S大小等于螺杆直径D，所以，螺旋升角φ确定为17°42′。4）螺棱宽度e一般为（0.08~0.12）D，故此处取值2mm。5）螺杆头部形状根据打印材料的热稳定性确定为锥形。因此，根据上述确定的几何参数，设计的三种螺杆见表3-2和图3-2。因为热塑性塑料分为结晶型和无定型两大类。而本文用于实验验证的打印材料选用生物可降解材料PLA基材料，PLA属于结晶型塑料，由于结晶型塑料有固定熔点，当其温度没有达到熔点时，体积变化很小，而当温度达到其熔点时，它便迅速熔融，体积迅速减少，所以对于设计的加工PLA的螺杆压缩段L2比较短，又因为考虑到现实情况，压缩段太短的话，结晶型塑料不一定在此可以大部分熔化，故此处L2确定为200mm。此处螺杆选择设计通用型螺杆。表3-2普通螺杆长度比Table3-2Commonscrewlengthratioandattacheddrawing序号类型按比例长度取值附图L1(mm)L2(mm)L3(mm)1渐变型150250100图3-2a)2突变型35050100图3-2b)3通用型175200125图3-2c)a）渐变螺杆b）突变螺杆c）通用螺杆图3-2三种普通螺杆示意图Fig.3-2Schematicdiagramofthreecommonscrew加料段L1的作用是产生足够的稳定的压力，保证稳定的固体输送并且将分界面上的塑料预热到熔融所需要的温度。因此，加料段也应该有足够的长度，故L1确定为175mm。一般在可能的情况下，计量段L3越长，对改善混合均匀和提高螺杆产量都有很大的帮助，所以，此处螺杆计量段L3确定为125mm。本文设计的通用螺杆几何参数如表3-3和表3-4所示。示意图如图3-2c）所示。表3-3通用螺杆参数Table3-3Generalscrewparameters加料段L1压缩段L2计量段L3螺杆直径D长径比500mm175mm200mm125mm25mm20表3-4通用螺杆参数Table3-4Generalscrewparameters压缩比计量段螺槽深度H3加料段螺槽深度H1螺旋升角螺棱宽度e螺距S21mm2.1mm17°42′2mm25mm作为螺杆的材料必须具备耐高温耐磨损耐腐蚀高强度等特性，同时还应具有切削性能好热处理后残余应力小热变形小等特点。因此，螺杆和料筒选择同种材料38CrMoAl，如表3-5是38CrMoA1A的性能参数。设计的喷嘴直径与市场上产品一样为0.4mm，材料是优质黄铜。表3-538CrMoA1A性能参数Table3-5Performanceparametersof38CrMoA1A性能硬度HB抗拉强度σ屈服点σ弯曲极限σ扭转极限τ38CrMoA1A2291000MPa850MPa495MPa270MPa料筒外围加热装置是热流道弹簧加热圈，选择3段加热，使料筒内的颗粒料加热熔融。螺杆的动力来自以步进电机为核心的驱动装置。通过前文2.4.2设计计算，所以选用57BYG250H的步进电机和TB6600驱动器。普通螺杆数值模拟挤出头组件包括挤出螺杆、料筒、黄铜喷嘴、加热圈、进料料斗、驱动电机和联轴器等[51]。整个挤出头组件中，螺杆设计的好坏决定了打印机挤出系统的优劣，所以，有必要对打印机挤出螺杆进行模拟，判断是否挤出稳定均匀，符合设计要求。不同种类的打印材料，比如PLA或者ABS等热塑性材料，他们的比热容、导热性、粘度和密度都有差异，所以，本文针对PLA粒料进入前文设计的三种普通螺杆进行模拟分析，判断设计的普通螺杆是否合格，并选出最优的一种螺杆。本文设计的三种螺杆除了三段长度区分外，其余参数相同。其中，经过前文设计，H1为2.1mm，H3为1mm，H2是从2.1至1mm渐变的。我们知道螺杆挤出原理是螺杆螺棱之间的液体黏附于螺杆和料筒中，螺杆相对于料筒转动，拖动液体沿着螺纹形成的螺槽运动。颗粒料进入螺杆和料筒之间，电机带动单头螺杆挤出丝材成型，完成打印任务。为保证螺杆可以对打印材料均匀定压定量稳定地挤出，所以，此处对螺杆内部挤出的速度场和压力场进行模拟。设定物料在螺杆中挤出的方向为Z轴的正方向，料筒入口反方向规定为Y轴的正方向，Z轴与X轴和Y轴两两垂直。设定螺杆料筒喷嘴装配体的入口、出口和壁面条件。（1）螺杆模型建立及网格划分，螺杆的模拟模型如图3-3所示，流体域如图3-4所示。（2）定义材料参数，选取计算模型，黏度设定为2000。PLA密度是1260kg/m3，比热容是2130j/（kg·k）。（3）设置边界条件，入口流速度测得为0.01m/s。（4）定义迭代方法，定义为：速度线性，连续性。壁面出口入口壁面出口入口图3-3螺杆料筒喷嘴配合模型Fig.3-3Screwcylindernozzlematchingmodel图3-4流体域Fig.3-4Thefluiddomain1）通用型螺杆流场模拟设定初始为室温26.8摄氏度，熔体进入挤出头流道时设为170摄氏度。因为三段设计中，H1为2.1mm，H3为1mm，H2是从2.1至1mm渐变的。由理论可知，计量段H3越小，在相同的螺杆转速下剪切速率越大，所以由图3-5a）可以看到，整体来看，速度从入口到出口挤出速度呈增长的趋势。如图局部云图3-5b）所示，由挤出螺杆速度云图知流体最大速度是2.905m/s，最大速度位于出口位置如图3-5b）所示。Y-Z平面流体域整体速度云图b)Y-Z平面流体域出口速度局部放大云图c)Z=300mm截面速度云图d)Y-Z平面流体域速度放大云图图3-5挤出螺杆速度云图Fig.3-5Extrusionscrewvelocitynephogram如图3-5c）所示,在截面300mm处局部放大可以看到，位于流体域的中间部速度大，流体域两侧位置速度小。如图3-5d）所示,单个螺槽速度分布比较均匀，螺杆挤出速度均匀稳定，速度变化符合流体实际工况。通过观察颗粒料在熔融状态下的流动性，可以看到此处流体域具有良好的流动性可使材料成型过程流畅，若流动性太差，会造成材料挤出不畅或因卡顿而断裂，然而过高的流动性又会造成垂丝，出现成型缺陷的问题。a）Y-Z平面流体域整体压力云图b）Y-Z平面流体域出口压力局部放大云图c)Y-Z平面流体域压力放大图图3-6挤出螺杆压力云图Fig.3-6Pressurenephogram随着螺杆的转动其压力场不断发生变化，整体流体域压力云图如图3-6a)和图3-6c)所示，从入口到出口，随着螺槽深度的变小压力是逐渐变小的过程。由图3-6b)出口局部放大图可以看出，出口压力差较小，在出口处和渐变处的压降最为明显，主要是由于通道内部直径突然变小，流动阻力增大，使得压力发生骤降。压力云图呈现稳定挤出的特点，无突变。故此螺杆压力场分布是合理的。由于挤压过程中熔融体从料筒入口至喷嘴出口的温度几乎保持一致，热量损失很少，能够保证熔融体温度的稳定性，所以温度场的温度基本保持不变，可以稳定挤出。2）渐变型螺杆流场模拟如图3-7所示，整体来看，速度从入口到出口挤出是增大的趋势。流体最大速度是1.211m/s，最大速度位于流体域的出口处，最小速度位于流体域两侧位置。由于流体域两侧移动速度稍小，物料在螺杆中移动时间久，挤出力可能不够，可能会影响挤出效率。a)Y-Z平面流体域整体速度云图b)Y-Z平面流体域出口速度局部放大云图图3-7Y-Z平面流体域速度Fig.3-7Extrusionscrewvelocitynephogram整体流体域压力云图如图3-8a）所示，从入口到出口，压力是逐渐变小的过程。如图3-8b）所示，是整体压力云图的局部放大图，可知出口压力最小。如图3-8c）所示，从Z=300mm截面即XY截面压力便会出现不均匀的云图截面，可能是因为渐变型螺杆的压缩段过于长，所以压力XY截面呈现环形分布不均的现象。a）Y-Z平面流体域整体压力云图b）Y-Z平面流体域出口压力局部放大云图c)Z=300mm截面压力云图图3-8挤出螺杆压力云图Fig.3-8Pressurenephogram3）突变型螺杆流场模拟突变型挤出螺杆速度云图，如图3-9a）所示，流体最大速度是0.6294m/s，最大速度位于流体域的出口处，最小速度位于流体域两侧位置。整体来看，速度从入口到出口挤出是增大的趋势。局部云图3-9b）显示。如图3-9c）所示螺杆挤出速度不均匀不稳定，不太符合流体实际工况。a)Y-Z平面流体域整体速度云图b)Y-Z平面流体域出口速度局部放大云图c)Z=300mm截面速度图3-9挤出螺杆速度云图Fig.3-9Extrusionscrewvelocitynephograma)Y-Z平面流体域整体压力云图b)Y-Z平面流体域出口速度局部放大云图c)Z=300mm截面压力云图图3-10挤出螺杆压力云图Fig.3-10Pressurenephogram整体流体域压力云图如图3-10a）所示，从入口到出口，压力是逐渐变小的过程，压力云图呈现稳定挤出的特点，无突变。故此螺杆压力场分布是合理的。如图3-10b）所示，是该螺杆压力场的流体域出口处压力云图局部放大图，可以看到出口压力最小。如图3-10c）所示，是Z=300mm截面压力云图，可以看出压力分布不均匀。综上对比本文设计的三种普通螺杆，发现对PLA粒料在螺杆中挤出来说，三种螺杆所在的流体域模拟结果类似，但是通过对比速度场和压力场云图发现，通用型的螺杆设计的最合理。首先，从整体速度云图对比来说，通用型的出口速度最大为2.905m/s。且其压力场也具有稳定无突变不均匀的分布场；其次，因为渐变型螺杆的压缩段过于长，导致压力XY截面便会出现不均匀的云图截面；最后，由突变型螺杆由速度场又可以看出，因为塑化段距离过短，会导致PLA颗粒料熔融不充分就进入了计量段，所以就会有速度场环形截面分布不均匀的现象。所以，通用型螺杆符合PLA结晶型粒料的加工特性，模拟表明，可以取得满意的挤出压力和速度。螺杆对比选择螺杆和料筒的组合工作质量，对物料的塑化、制品的质量和生产效率都有重要影响。螺杆一般情况下可分为加料段、压缩段、均化段。本文设计的三种螺杆都是同一系列的不同种类的螺杆。不同的螺杆三段所占的比值不一样，三段螺槽深度都是H1为2.1mm，H3为1mm，H2是从2.1至1mm渐变的。针对设计的实际需求，本文对渐变型螺杆、突变型螺杆和通用型螺杆做出对比选择。下面是具体说明：（1）打印基体材料。本文的打印材料选择的是以PLA颗粒料为打印基体材料，同时添加一些助剂填料。由于PLA是结晶型塑料，是可降解型塑料，其对热比较敏感，容易热分解，所以，在设计螺杆的时候，就应该注意下压缩段的长度，不能过长。因此，结合打印基体材料的特点，本文选择通用型螺杆来挤出。（2）压缩段长度。压缩段负责塑料的混炼、压缩与加压排气，通过此段的原料几乎全部熔解，但不一定会均匀混合。在此区域，塑料逐渐熔融，螺槽体积必须相应下降，以对应塑料几何体积的下降，否则料压不实，传热慢，排气不良。通用型的螺杆设计的最合理。因为，渐变型螺杆的压缩段过于长，导致挤出速度场虽然可以挤出，但是速度过小，物料在螺杆中移动时间久，挤出力可能不够，影响挤出效率，所以压力XY截面便会出现不均匀的云图截面；突变型螺杆由压力场又可以看出，因为塑化段距离过短，会导致PLA颗粒料熔融不充分就进入了计量段，这样挤出的打印件质量不高。所以，通用型螺杆符合PLA结晶型粒料的加工特性，模拟表明，可以取得满意的挤出模拟效果。（3）3D打印。本文设计的螺杆主要用于多材料3D打印机的挤出部件上，为了换料便捷，原材料来源广泛快捷，本文取代传统3D打印使用规则的线材，此处使用圆柱颗粒料PLA及其添加剂作为打印原材料进行3D打印挤出，原理上使用螺杆挤出的原理，因为用于3D打印这种精确挤出的设备，所以本文结合打印原材料和打印效率与质量的因素，选择通用型普通螺杆作为本文的螺杆选型。（4）驱动装置带动螺杆旋转将物料沿螺槽向前输送，在螺杆剪切热和机筒加热等作用下固体颗粒物料很快塑化熔融，转变成均匀的粘流态并具有良好的可塑性，存贮在螺杆机筒前端的计量室内，同时螺杆在熔体压力的反作用力下边旋转边向后退，又把这一过程称为塑化计量。塑化过程直接影响制品的质量、生产效率和能耗水平，其性能取决于螺杆结构的设计选择是否合理。因此，研究塑化过程的机理及其影响因素，完善螺杆塑化性能评价体系，以及选取最优螺杆结构参数，成为挤出成型技术的研究方向。此处对塑化段同一位置的XY圆截面的数值模拟对比发现通用型普通螺杆更符合平稳挤出无突变的特点。因此，对于3.2设计的三种普通螺杆，结合本文的实际使用需求和流场模拟，接下来选择通用型普通螺杆进行下面多材料3D打印挤出头的结构设计。多材料挤出头设计Y字型多材料3D打印挤出头设计挤出系统是多材料3D打印机的核心，它将影响整个打印机的结构设计。本文设计的Y字型多材料3D打印挤出头系统包括步进电机、电机支架、固定板、混合装置、左右两个进料机构、挤出喷嘴等。其中左右两个进料机构包括螺杆、料筒、料筒外围加热圈、进料料斗等。Y字型多材料3D打印挤出头结构模型图如图3-11所示。图3-11Y字型多材料挤出头Fig.3-11Y-shapedscrewextrusionhead步进电机通过电机支架固定在固定板上，联轴器连接电机输出轴和挤出螺杆轴，螺杆和料筒同轴装配，螺杆一端穿过料筒的密封端与步进电机的输出端连接；料斗固定在料筒上，料斗出料口与料筒内部连通；料筒外壁上设置有加热圈；左右两个进料机构结构相同；螺旋扇叶用于对混合腔内的物料进行搅拌混合；混合腔内设置也设计了加热元件，可以避免熔融的物料在混合过程中固化，能够使物料更好的保持熔融状态。混合腔底部设置有喷嘴。本文设计的Y字型多材料3D打印挤出头，设置两个进料机构、一个混合腔和搅拌机构，使用时，可以将两种不同材质的颗粒原料分别加入到两个进料机构，在进料机构内加热熔化，然后两种材料的熔融物汇入混合腔，在混合腔内搅拌机构的作用下，混合均匀，从喷嘴挤出用于打印。本文设计的Y字型多材料3D打印挤出头能够打印两种材料混合的制件，如一种主要材料一种改性材料，或打印两种不同功能的材料，使得打印制件的范围更广泛，打印出的产品使用功能更优更能够满足人们的需求。另一方面，本装置允许直接投入颗粒料，不需要特意采用线材，因此省掉制备线材的工序，节约成本，简化工序。Y字型多材料3D打印挤出头的工作过程：开始工作前，由上料机将热塑性颗粒料放进料斗，进入料斗的颗粒料在自重的作用下，进入挤出机料筒中，并且进入挤出螺杆的螺槽部位。通过调节步进电机转速，电机控制螺杆转速，在电机驱动的螺旋挤压力下，多材料颗粒料沿螺槽向下运动，再通过螺杆转动输送打印材料，颗粒料通过料筒外周的加热圈和物料剪切的加热作用而塑化成熔融状，两种材料的熔融物汇入混合腔，在混合腔内搅拌机构的作用下，混合均匀，从喷嘴挤出用于打印。L字型多材料3D打印挤出头设计本文设计的L字型多材料3D打印挤出头包括步进电机、螺杆、料筒、料斗、喷头、料筒后盖、加热元件等。该挤出头通过料筒进料且使用颗粒状塑料原料，与Y字型螺杆挤出头的不同处在于本挤出头的材料有主次区别，竖直料筒的容量较大加入制件的主要原料，水平料筒的料筒加入为满足制件的关键部位性能要求的次要原料。L字型多材料3D打印挤出头结构三维建模如图3-12所示。图3-12L字型多材料挤出头Fig.3-12L-shapedverticalscrewextrusionhead本文设计的L字型多材料3D打印挤出头包括竖直料筒和水平料筒，水平料筒的一端与竖直料筒的一端连接且连通；竖直料筒的一端设置有喷头，喷头与竖直料筒的内腔连通；竖直料筒和水平料筒内分别设置有螺杆，料筒对应的螺杆一端连接有电机，电机用于驱动与其连接的螺杆在料筒内旋转；料筒上分别设置有加热元件。竖直料筒和水平料筒对应的螺杆均为通用型普通螺杆。料筒侧壁上设置有料斗，料斗与对应的料筒连通。通过料斗，便于向料筒内添加材料。料筒上分别设置有温度测量元件，温度测量元件伸进其对应的料筒内腔，能够实时监测料筒内的温度，变化与精准控制加热元件的加热温度。料筒上靠近电机的一端分别有可拆卸连接料筒密封盖，料筒密封盖能够有效防止杂质进入料筒进而影响打印产品的性能，且采用可拆卸连接，便于清理料筒中的残余材料。螺杆穿过其对应的料筒密封盖后与电机连接。螺杆靠近其对应电机的一端开设有盲孔，驱动电机的输出轴伸进盲孔后通过紧定螺钉固定，如果需要更换螺杆或电机时，只需要松开紧定螺钉便可更换，便于操作且节约成本。竖直料筒的侧壁上一体连接有与竖直料筒的内腔连通的连接筒，水平料筒的一端与连接筒连接且连通。L字型多材料3D打印挤出头装置的工作过程：开始工作前，由上料机将主要颗粒原料放进竖直料筒的料斗，进入料斗的颗粒料在自重的作用下，进入挤出机料筒中，并且进入挤出螺杆的螺槽部位。通过驱动装置驱动螺杆在料筒内旋转，螺槽内的材料与料筒内壁产生挤压并沿着螺旋槽向喷嘴所在的方向移动，通过加热元件的加热作用和剪切热，竖直料筒和水平料筒中的材料被加热熔化，直到混合区域从喷嘴挤出打印熔融物料。竖直型多材料3D打印挤出头设计竖直型多材料3D打印挤出头系统设计如图3-13所示，包括两套挤出头组件。其中，挤出头组件包括送料料斗、螺杆、料筒、喷嘴、温度控制装置、减速装置、步进电机和风扇等。该种挤出头的打印材料可以是不同种颗粒材料，以满足制件的性能强度等要求，双挤出头并列排列。图3-13竖直型多材料挤出头Fig.3-13Verticalmulti-materialextruderhe