【摘 要】
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雕塑是城市文化建设的重要载体,随着城市化进程的不断加快,需要大量个性化的城市雕塑建设公共的文化空间。目前的城市雕塑制作以手工为主,存在制作过程繁琐、制造的周期长、成本较高等问题,远远满足不了市场的需求。随着3D打印技术的发展,将3D打印技术用于制作城市雕塑以简化生产工艺和降低成本逐渐成为可能。本研究着眼于开发一款可用于制作城市雕塑的柱塞-螺杆挤出式大幅面浆料3D打印设备。主要研究内容如下:（1）讨
【基金项目】
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福建省石材绿色3D打印技术关键技术及装备研究项目（编号:2019H0018）,福建省工业引导性项目,2019-2022；
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雕塑是城市文化建设的重要载体,随着城市化进程的不断加快,需要大量个性化的城市雕塑建设公共的文化空间。目前的城市雕塑制作以手工为主,存在制作过程繁琐、制造的周期长、成本较高等问题,远远满足不了市场的需求。随着3D打印技术的发展,将3D打印技术用于制作城市雕塑以简化生产工艺和降低成本逐渐成为可能。本研究着眼于开发一款可用于制作城市雕塑的柱塞-螺杆挤出式大幅面浆料3D打印设备。主要研究内容如下:（1）讨论了影响结构设计的因素,对龙门运动结构和直线传动方式进行了对比分析。依据对比分析结果提出所要研制设备的运动及控制系统的设计方案,并对大幅面3D打印设备的运动及控制系统进行了具体的设计和搭建。（2）分析了影响浆料挤出系统设计的因素。对比了四种挤出系统组合的特点,发现机械式柱塞+螺杆挤出机组合的优势明显。对机械式柱塞+螺杆挤出机组成的挤出系统进行了详细设计,并确定了机械式柱塞和螺杆挤出机的最佳电机转速比。同时,设计了适用于安装在螺杆挤出机喷头附近的振动辅助打印模块,用于改善挤出质量。（3）通过打印具有不连续路径的模型,验证了设计的螺杆挤出机对流量的控制效果。验证结果表明:设计的螺杆挤出机可以精确地控制挤出流量。同时,通过试验不同倾斜角的喷嘴,发现喷嘴的形状质量和倾斜角也对挤出效果和打印质量有显著影响。研究了施加振动（频率25Hz,振动速度15～16mm/s,振动幅度0.2～0.3mm,振动加速度12～13.5m/s~2）对样件打印质量的影响。振动实验研究结果表明:在打印内部具有填充的复杂样件时,施加振动可以在较高打印速率时有效降低样件表面的缺陷,显著改善表面质量。在打印只由外轮廓构成的薄壁样件时,由于缺乏起稳定支撑作用的填充,施加振动可能会引起变形、不稳定等消极效果。本研究成果对于提升雕塑类打印产品的质量及成品率和推广浆料3D打印技术具有实际意义。
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