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各参数对凝胶3D打印成型的影响

更新时间: 2020-01-17 14:42:38  查看次数: 329    

在对海藻酸钠/明胶水凝胶的可打印性研究中,为了防止喷头堵塞的现象,实验中需要尽量减小冷却沉积板与喷头的距离。而在基于明胶支撑打印的工艺中,为了增大可打印范围,往往选用如图的喷头。流体在管道中流动的能量损失主要有两种;局部压力损失(流体经过管路节元件比如阀块或较细管道时产生的能量损失)和沿途压力损失(流体经过管道时由于流体的粘度与管壁产生的粘性力而造成的能量损失)。在实验中,凝胶流经喷头伴随着沿途压力损失和局部压力损失,其能量损失的表现为流体压力的下降。而凝胶在长喷头中的能量损失比在短喷头中的更大,故理论上来说,要达到相同的挤出效果,长喷头需要的气压值更大。


明胶支撑中的凝胶打印不需要打印高度,凝胶挤出后就定位在一定的位置中,所以凝胶稳定成型时所需的断裂距离比冷却固化成型要小很多。经过多次探索性实验验证,当出口压力在25~30Kpa范围内时,其凝胶在明胶支撑中的成型相对稳定,线型均一并能形成整体。故基于胶支撑的凝胶打印工艺所选择的最佳气压参数值为50~70Kpa。由于在该种工艺下,喷头的长度经常随着打印结构的大小变化,而运用上述方法可以根据喷头长度成功锁定气压参数范函。


打印速度对凝胶成型的影响体现在凝胶线结构的成型成败上和凝胶线宽上。在凝胶线结构成型成败方面,明胶支撑打印工艺需要考虑打印速度过快时,形成的过细的凝胶线结构容易在支撑中出现断点的问题。在凝胶线宽方面,明胶支撑打印工艺需要考虑打印速度过慢时,凝胶材料因为过多向外扩散,从而使凝胶材料的沉积位置超前于喷头的运动位置。这两方面的因素限制了打印速度的选择。


实验结果表明,当打印速度小于2mm/s时,凝胶线结构出现了凝胶沉积位置超前于喷头运动位置的现象,降低了打印尺寸精度;当打印速度大于8mm/s时,凝胶线结构出现了断点现象。另外,实验发现当凝胶线宽与喷头直径接近时,凝胶3D结构成型比较稳定,线条比较均匀且尺寸精度可控。故而所选择的打印速度范围为4~8mm/s。



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