一种新型环保3D打印机的设计开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景

新时代,社会经济快速发展给了塑料广泛运用的机会,塑料依靠自身优异的物理化学性能,在越来越多的领域替代木材、钢铁、皮革、布匹等传统原料,在生产生活中起到越来越重要的作用。在世界各国中,我国的塑料产业产量始终位居前列,国家统计局数据表明,我国塑料产量在2012年为5781.8万吨,同比上年增长8.99%。但是,我国的塑料品消耗量更为巨大,约为产量的150% ,我国已经成为废塑料进口消费最多的国家。2011年,我国的废旧塑料量已十分巨大,约为2亿t;其中塑料瓶多为“1号”PET材料与“2号”HDPE材料,以两者为材料的塑料瓶占据97%以上的市场,且PET塑料瓶远多于HDPE塑料瓶。2014-2019年期间全球的PET市场将以7.3%的年增长率强劲增长,预计在未来几年的时间里这种趋势将在各大的领域继续维持。

当今世界塑料瓶的生产量与回收量正随着社会的发展而不断提升,由于塑料瓶的不稳定性,塑料瓶的回收利用也逐渐成为了世界环境保护与废物回收问题的重中之重。国外PET塑料瓶的回收方式多采用塑料的简单再生法,部分采用裂解单体化技术。

而国内PET塑料瓶的回收再生率仅为22%,其中一半的PET废旧塑料瓶采用焚烧、填埋等传统的方式进行处理。随着国家对塑料制品的重视,简单再生法和裂解单体化技术逐渐开始运用,但在国内使用的范围并不广泛。当前PET塑料瓶的回收处理方式存在着很多问题,包括:

(1)化学及焚烧处理成本高、污染严重,造成资源的极度浪费;

(2)塑料再生产品性能不稳定。

废弃塑料的再度利用是减少塑料废弃物污染环境,同时缓解我国石油供给压力的重要手段,势在必行。

与此同时,3D打印技术作为一种发展蒸蒸日上的新事物 ,涉及信息、材料、仪器等多个技术领域。3D打印技术在社会上很多领域内有着十分广泛的应用,并且表现出各个方面优点,使人工劳动力得以解放。但是,3D 打印技术在当前实际应用中也有很多不足存在,特别是打印机及材料两者间关联。另外特定的 3D 打印机要设定一种或几种专属材料 ,材料种类特定性少 ,在多种材料种类的产品上就显得力不足心了 ,也就降低了 3D 打印机的通用性。因此材料的扩展问题 ,在一定程度上是决定3D打印技术能力的关键因素。

综上所述,如何将废旧塑料瓶的回收与3D打印机材料问题结合起来,在解决环境污染问题的同时扩展了打印机材料的来源成为了人们的研究重点。

1.2国内外研究现状

1.2.1 FDM成型研究现状

FDM成型技术是当前3D打印技术中最具节能高效特点的打印技术。其所用的成型材料相对低廉,总体的性价比较高,是众多开源桌面3D打印机主要采用的技术方案。FDM技术多用于打印一些模拟模型,小型玩具,因其能打印不规则形状物体且快速成型的特点而被广泛应用于现实生活中。然而应用于FDM技术的热塑性塑料应具有低的凝固收缩率、陡的粘温曲线和较好的强度、刚度、热稳定性等物理机械性能。因此打印耗材成本及打印效果成为3D打印技术的重要难题。

针对FDM的工艺特点,聚合物材料还应满足以下要求:

(1)较强的机械性能:丝状进料方式要求料丝具有一定的弯曲强度、压缩强度和拉伸强度;

(2)较小的收缩率:成型材料收缩率大,产品中产生内应力,使零件变形,影响打印效果;

(3)成型材料要求:层间有足够的黏结强度,对于可剥离性支撑材料,应与成型材料间有较弱的黏结力;对于水溶性支撑材料,要有良好的水溶性,能在一定时间内溶于碱性水溶液。

1.2.2 FDM耗材研究现状

目前FDM耗材主要是ABS和PLA材料,因其热稳定强,收缩率小等特点而被广泛应用。但在进行FDM工艺之前,聚合物材料首先要经过螺杆挤出机制成直径约2mm的单丝,加工过程较复杂,制备成本较高。

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