3D打印是區(qū)別于傳統(tǒng)加工制造的一種技術,具有一次成型、材料利用率高、成本低、易于“打印”復雜結構等優(yōu)點。相似模擬實驗研究技術廣泛應用于煤礦開采、海洋油氣開發(fā)等領域,該方法具有直觀、簡便、經(jīng)濟高效等優(yōu)點,但是,也存在制造周期長、效率低下、產(chǎn)生廢料多,對復雜結構的模擬不足等缺點。因此,本文將兩種技術相結合,設計了模擬砂箱3D打印裝置的擠料系統(tǒng)及噴嘴結構,通過試驗方法得到了3D打印材料的配比,并利用該裝置進行相似模型的打印,試驗研究對于完善相似模擬實驗和擴展3D打印領域具有重要的意義。本文首先對噴嘴結構進行了選型、設計及有限元分析,驗證了噴嘴結構的合理性。其次利用響應面法對噴嘴的主要結構參數(shù)進行了優(yōu)化設計,得到了結構參數(shù)的最優(yōu)解。然后以砂子為骨料,以粘土為膠結劑作為3D打印材料,利用Box-Behnken實驗設計方法,得到了模擬砂箱3D打印材料的最佳配比,研究了該配比的流動性能;在此基礎上,利用響應面法探究不同外加劑(石膏、石膏緩凝劑、高效減水劑)對3D打印材料粘度的影響,得到了不同條件下的最佳配比。最后,根據(jù)最佳配比,通過打印實驗,探究成型后試樣的物理力學性能,并分析不同材料及其配比對其物...

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 3D打印技術概述
        1.1.1 3D打印技術簡介
        1.1.2 3D打印技術原理及工藝
        1.1.3 3D打印技術特點
    1.2 相似材料模擬實驗概述
        1.2.1 相似模擬的基本概念及作用
        1.2.2 相似模擬發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 相似模擬技術存在的問題
    1.3 3D打印技術與相似模擬技術的結合
        1.3.1 3D打印技術在相似模擬實驗的應用及前景
        1.3.2 3D打印在相似模擬實驗的應用難點
    1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 模擬砂箱3D打印噴嘴結構設計
    2.1 模擬砂箱3D打印裝置簡介
        2.1.1 主體結構簡介
        2.1.2 擠料結構簡介
    2.2 噴嘴結構設計、分析及選型
        2.2.1 噴嘴結構設計
        2.2.2 噴嘴有限元分析
        2.2.3 噴嘴選型
    2.3 噴嘴結構的優(yōu)化設計
        2.3.1 Box-Behnken實驗設計
        2.3.2 基于響應面法實驗結果分析
        2.3.3 參數(shù)優(yōu)化
    2.4 本章小結
第3章 模擬砂箱3D打印材料配比設計
    3.1 模擬砂箱3D打印材料概述
        3.1.1 骨料
        3.1.2 膠結劑—粘土
        3.1.3 外加劑
        3.1.4 水
        3.1.5 材料間的配比關系
    3.2 粗砂粘土配比設計
        3.2.1 實驗因素選取及Box-Behnken實驗設計
        3.2.2 基于響應面法實驗分析
    3.3 細砂粘土配比設計
        3.3.1 實驗因素選取及Box-Behnken實驗設計
        3.3.2 基于響應面法實驗分析
    3.4 本章小結
第4章 模擬砂箱3D打印材料流動性能試驗研究
    4.1 3D打印材料流動性能
        4.1.1 流變參數(shù)及流體類型
        4.1.2 3D打印材料簡介
    4.2 3D打印材料流動性能的影響因素
        4.2.1 試驗材料及配比
        4.2.2 試驗儀器
        4.2.3 試驗注意事項
    4.3 粗砂粘土3D打印材料流動性能的研究
        4.3.1 配比的設計及確定
        4.3.2 試驗步驟
        4.3.3 粗砂粘土A的3D打印材料粘度
        4.3.4 粗砂粘土B的3D打印材料粘度
    4.4 細砂粘土3D打印材料的粘度研究
        4.4.1 配比的設計及確定
        4.4.2 試驗步驟
        4.4.3 細砂粘土C的3D打印材料粘度
        4.4.4 細砂粘土D的3D打印材料粘度
    4.5 3D打印材料最佳配比的粘度對比
    4.6 外加劑對3D打印材料粘度的影響
        4.6.1 外加劑的Box-Behnken實驗設計
        4.6.2 實驗數(shù)據(jù)記錄及分析
    4.7 本章小結
第5章 模擬砂箱3D打印實驗研究
    5.1 打印試樣效果及分析
        5.1.1 打印步驟
        5.1.2 打印效果
    5.2 成型試樣物強度測試
        5.2.1 試驗器材
        5.2.2 試驗準備及試樣制備
        5.2.3 強度測試試驗結果分析
    5.3 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
致謝



本文編號：3980494