FDM型3D打印机喷嘴多目标优化设计

来源：机床与液压杂志2022年第11期北京时间：

作者：任礼，白海清，鲍骏，贾仕奎，秦望，安熠蔚

单位：陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院,陕西省工业自动化重点实验室；陕西理工大学机械工程学院；陕西省工业自动化重点实验室,陕西理工大学材料科学与工程学院；陕西理工大学机械工程学院；陕西理工大学机械工程学院

摘要：分析传统桌面级熔融沉积成型（FDM型）3D打印机喷嘴的结构特点，选择喷嘴流道直径、收缩角与喷嘴温度作为试验变量，进行正交仿真试验。分析喷嘴熔体压力场、速度场、黏度场、温度场以及剪切速率场的分布状态。以稳定的出口截面速度、较低的流道熔体黏度以及较高的出口压力作为提高喷嘴打印精度与确保打印过程顺畅的优化目标。通过极差分析，确定三因素分别作用下每个优化指标的变化规律，并基于遗传算法求解多目标优化问题。结果表明：出口速度方差的最显著影响因素为流道直径，流道熔体黏度与出口压力两指标的最显著影响因素为喷嘴温度；综合考量，喷嘴流道直径为1 mm、收缩角为30°且在200~210 ℃工作时，能够实现较优指标的聚丙烯熔体打印。

关键词：3D打印;喷嘴;仿真分析;遗传算法;多目标优化

基金资助：陕西省自然科学基础研究计划项目（2021JM-486）；陕西理工大学研究生创新基金项目(SLGYCX2028)