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三維移動平臺包含轉(zhuǎn)換器和移動平臺兩部分。轉(zhuǎn)換器位于計算機(jī)和移動平臺之間，將路徑指令和打印參數(shù)傳遞給移動平臺，使得移動平臺可以在 XYZ 三個方向上進(jìn)行移動。
油墨輸出系統(tǒng)由空壓機(jī)、壓力控制器和針筒組成?？諌簷C(jī)在打印過程中向針筒內(nèi)提供壓力，使得油墨可以被順利擠出；壓力控制器則是控制空壓機(jī)向針筒提供壓力的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)打印結(jié)構(gòu)的線寬等；針筒則進(jìn)行油墨的存儲和輸出，并在打印過程中被安裝在移動平臺上。本實驗的直書寫打印機(jī)的定位精度為 0.001mm，打印尺寸為 150×150×100mm，打印速度在 0 - 15mm/s 內(nèi)可調(diào)，滿足使用要求。
FDM 打印機(jī)由控制系統(tǒng)、熱熔裝置、送絲裝置、傳動裝置和工作臺等組成。FDM 系統(tǒng)運(yùn)行時，在控制系統(tǒng)的控制下，傳動裝置對工作臺進(jìn)行復(fù)位并控制其在打印過程中的移動；熱熔裝置對噴頭和工作臺進(jìn)行加熱，以達(dá)到打印溫度；送絲裝置將絲材送入到熱熔裝置中進(jìn)行熔化，并通過噴頭擠出以在工作臺上打印三維零件。
本實驗的FDM 打印機(jī)購買自閃鑄科技，其可打印尺寸為 200×148×150mm，層厚調(diào)節(jié)范圍為 0.1 - 0.4mm，打印速度為 10 - 100mm/s，噴頭加熱溫度可達(dá) 240℃，底板加熱溫度為 40 - 80℃，滿足使用要求。
我們使用上海傾技儀器儀表科技的電子萬能試驗機(jī)來進(jìn)行力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)件的單軸拉伸和壓縮、蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)實驗等實驗，其一般由夾具、傳動系統(tǒng)、傳感器和計算機(jī)等組成。
在進(jìn)行測試時，計算機(jī)控制夾具以一定的速度拉伸或壓縮試件，通過傳感器的轉(zhuǎn)換，便可在計算機(jī)上輸出測試的力和位移等數(shù)據(jù)。本實驗中使用的設(shè)備精度等級為 0.5 級，最大施加壓力可達(dá) 5000N，試驗速度 0.01 - 300mm/min，有效拉伸空間為 500mm，可通過選擇合適的夾具來進(jìn)行拉伸、壓縮等實驗，滿足實驗使用要求。
我們使用中毅科技(ZYE)的行星攪拌器來進(jìn)行 PDMS 材料的配置、制作隨機(jī)發(fā)泡材料、單軸拉伸和壓縮試件等。行星攪拌器是一種將具有一定粘度的混合物料進(jìn)行混合攪拌的設(shè)備。
當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，承載器以特定的轉(zhuǎn)速繞中心軸公轉(zhuǎn)并同時進(jìn)行自轉(zhuǎn)，使得內(nèi)部材料進(jìn)行旋渦式流動以達(dá)到攪拌混合的作用。另外，借助設(shè)備的真空系統(tǒng)，我們可以將材料內(nèi)的氣泡徹底抽離。其可設(shè)置多段參數(shù)，公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 130 - 2000rpm，并且在旋轉(zhuǎn)過程中可以進(jìn)行抽真空，約 - 100kpa，滿足使用要求。
我們探究了相對密度、材料和單元格類型等對多孔蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的影響，其中，相對密度通過單元格的大小來進(jìn)行調(diào)控。在這里，以六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)作為主要的研究對象，通過改變其單元格的大小制作了三種相對密度不同的蜂窩結(jié)構(gòu)以用來探究相對密度的影響，單元格邊長 L 分別為 2mm、3mm 和 4mm。
我們選擇了 PDMS、TPU(1)和 TPU(2)三種力學(xué)性能不同的彈性材料來探究材料對同種六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)性能的影響。最后，我們引入了比較常見的正方形和三角形結(jié)構(gòu)，來探究在相同相對密度下單元格類型對蜂窩結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。
選擇聚二甲基硅氧烷(PDMS1700)用于直書寫打印，該油墨通常由 PDMS1700、固化劑和抑制劑按照 10:1:0.1 的比例組成。在制備過程中，將上述比例的材料在行星攪拌器中以 2000rpm 的速度混合 150s，以將固化劑和抑制劑與 PDMS 混合均勻并除去氣泡。然后，將配置的油墨裝入 30cc 的針筒中，并在 4000rpm 速度下離心 10min 以除去氣泡。至此，便可將配置的材料安裝到 3D 打印機(jī)上進(jìn)行打印。
PDMS 油墨保持彈性行為，即固體行為；當(dāng)剪切應(yīng)力較大時，損耗模量大于儲能模量，油墨具有流動性；PDMS 的這種行為使得其被從針筒內(nèi)擠出后可以很好的維持形狀。PDMS 油墨的流變行為表明了其具有良好的剪切變稀的特性，這正是直書寫 3D 打印所需要的。
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