塑料熔体微型挤出技术是微挤出技术的一种,在熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling,简称FDM)中得到了广泛应用。在熔融沉积快速成型中,喷头中熔体的流变行为将最终影响到成型件的质量和精度。对熔体在微型挤出过程中流变行为进行分析,不但有利于掌握熔体在喷头中的流动规律和挤出后的形态演变,而且为螺杆和喷嘴的优化设计提供理论依据。本文首先对现有微型挤出成型技术及其喷头结构进行分析,提出了塑料微型挤出的概念;然后结合理论推导、基于PLOYFLOW的模拟分析和实验研究,对一款螺杆式FDM喷头的挤出成型过程进行深入研究,分析了熔体在喷头内的速度、压力分布及离模后的形态演化,找出影响挤出稳定性和挤出能力的因素;并对微型螺杆的螺旋升角、螺杆有效长度、螺槽深度、螺槽宽度及螺棱顶与机筒间隙等几何参数进行分析,找出影响挤出流率的关键参数,实现微型螺杆结构的优化设计。本文的研究成果如下:(1)对熔体在现有实验装置中的流变行为的研究表明,熔体流率随转速的增加有一定的增大,但与温度的变化基本无关;压力差随温度升高而降低;转速的增加也将导致压力差有一定的增大;喷嘴内靠近壁面处熔体流动缓慢,且有熔体滞留区;喷嘴压力损失最大在喷嘴的口模处,压力损失占整个喷嘴压力损失的一半以上。(2)通过正交模拟研究表明,影响挤出流率的螺旋升角A、螺杆有效长度B、螺槽深度C、螺槽宽度D和螺棱顶与机筒间隙E等螺杆几何参数中,极差自大到小顺序分别是D>C>B>E>A。说明螺槽深度和螺槽宽度较小变化就能对挤出流率有较大的影响。并对螺旋升角和螺槽宽度做进一步分析,结果表明,螺旋升角在10.8°~14.3°时,随着升角的增加,产量递减;随着螺槽宽度的递增,产量递增。并得到螺杆参数最佳组合形式:螺旋升角:10.8°,螺杆有效程度:60mm,螺槽宽度:2.8mm,螺槽深度:1mm。(3)模拟分析不同喷嘴形式和不同口模长度下熔体流动情况表明,在整个喷嘴的压力损失中,口模处的压力损失较大,口模越长压力损失也越大。喷嘴收敛越大,喷嘴内熔体的最大速度也越大。熔体进出口模时产生不稳定现象的可能性也就越大。(4)根据模拟结果,结合原有装置,优化设计出新的实验装置。并对实验结果和理论推导结果进行了比较,得出二者基本趋势吻合,但有偏差。并分析产生偏差的原因。