柔性3D打印耗材挤出成型工艺

多数3D打印耗材都是通过塑料挤出成型的方式获得，由于耗材的规格固定，通常为Φ1.75ｍｍ±0.02圆柱细丝，因此挤出模具结构比较简单。以热塑性弹性体为代表的柔性耗材挤出成型是一个比较精密的过程，其中涉及到设备、模具、材料、成型参数等各个方面的因素。在耗材挤出成型过程中，必须综合考虑这些因素。由于耗材直径微小，且需要较高的截面尺寸精度，因此需要多次试验，选取合适的工艺参数来获取最佳质量的3D打印耗材。根据之前的经验和相关的文献记录，本次采用热塑性聚氨酯（TPU）作为挤出原料。

作为一种柔性耗材，TPU拥有优良的韧性和弹性，也是目前作为3D打印成型软体构型的重要对象。TPU具有优异的物理机械性能，拉伸强度、伸长率都较高。TPU的软硬配比可以在很大范围内调整，从邵尔硬度60A-80D，并且在整个硬度范围内具有高弹性；硬度不同，其拉伸强度也不同，范围包括从20ＭPa到70ＭPa。TPU耐磨性最为突出，抗撕裂性很好，长期压缩变形率低也是其显著优点，使用温度范围广泛，大多可以在-40°C~80°C之间长期使用，短期使用温度可达120°C。在室温下，TPU可以在纯水中使用几年，且其性能没有明显的变化。但在80°C条件下，往往在几周之内，其力学性能便会受到很大的影响。

如图，挤出机的口模主要由三部分构成，熔体经螺杆挤出后进行了两次分流，中间分流锥起到熔体过渡的作用，避免过度集中，最后经平直段出口处流出。挤出口模是耗材成型的关鍵部件，在口模设计时主要考虑熔体流动特性，确定定型段长度和口模的内径，定型段是由平直段出口处和芯棒段共同组成，决定着耗材成型的质量。口模内径尺寸不等于耗材外径尺寸，主要是TPU会产生挤出胀大，且离开口模后会随着牵引拉伸和冷却收缩使外径尺寸变小。本此实验在现有模具的基础上将口模内径调整至4ｍｍ，定型段长度设置为45ｍｍ，收缩角设置为42°。整体模具挤出流道属于直角流道，物料入口流动方向与熔体出口流动方向互相垂直。

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