柔性3D打印耗材擠出成型工藝

多數(shù)3D打印耗材都是通過塑料擠出成型的方式獲得，由于耗材的規(guī)格固定，通常為Φ1.75ｍｍ±0.02圓柱細絲，因此擠出模具結(jié)構比較簡單。以熱塑性彈性體為代表的柔性耗材擠出成型是一個比較精密的過程，其中涉及到設備、模具、材料、成型參數(shù)等各個方面的因素。在耗材擠出成型過程中，必須綜合考慮這些因素。由于耗材直徑微小，且需要較高的截面尺寸精度，因此需要多次試驗，選取合適的工藝參數(shù)來獲取最佳質(zhì)量的3D打印耗材。根據(jù)之前的經(jīng)驗和相關的文獻記錄，本次采用熱塑性聚氨酯（TPU）作為擠出原料。

作為一種柔性耗材，TPU擁有優(yōu)良的韌性和彈性，也是目前作為3D打印成型軟體構型的重要對象。TPU具有優(yōu)異的物理機械性能，拉伸強度、伸長率都較高。TPU的軟硬配比可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整，從邵爾硬度60A-80D，并且在整個硬度范圍內(nèi)具有高彈性；硬度不同，其拉伸強度也不同，范圍包括從20ＭPa到70ＭPa。TPU耐磨性最為突出，抗撕裂性很好，長期壓縮變形率低也是其顯著優(yōu)點，使用溫度范圍廣泛，大多可以在-40°C~80°C之間長期使用，短期使用溫度可達120°C。在室溫下，TPU可以在純水中使用幾年，且其性能沒有明顯的變化。但在80°C條件下，往往在幾周之內(nèi)，其力學性能便會受到很大的影響。

如圖，擠出機的口模主要由三部分構成，熔體經(jīng)螺桿擠出后進行了兩次分流，中間分流錐起到熔體過渡的作用，避免過度集中，最后經(jīng)平直段出口處流出。擠出口模是耗材成型的關鍵部件，在口模設計時主要考慮熔體流動特性，確定定型段長度和口模的內(nèi)徑，定型段是由平直段出口處和芯棒段共同組成，決定著耗材成型的質(zhì)量。口模內(nèi)徑尺寸不等于耗材外徑尺寸，主要是TPU會產(chǎn)生擠出脹大，且離開口模后會隨著牽引拉伸和冷卻收縮使外徑尺寸變小。本此實驗在現(xiàn)有模具的基礎上將口模內(nèi)徑調(diào)整至4ｍｍ，定型段長度設置為45ｍｍ，收縮角設置為42°。整體模具擠出流道屬于直角流道，物料入口流動方向與熔體出口流動方向互相垂直。

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