熔融沉积成型(FDM—Fused Deposition Modeling)技术随着3D打印概念的兴起而得到关注,作为快速成型技术的一种,具有快速、轻巧、使用范围广的优点;目前该技术主要用于将固定直径的丝料融化挤出成型,基于线材加工成本及材料种类限制,本文针对如何使用工程塑料(聚乳酸等)颗粒来完成熔融快速成型进行了研究,设计了一套小型螺杆挤出机构,与Delta并联结构的FDM打印机结合,实现快速成型的目的。区别于传统螺杆挤出装置,本文设计的挤出机构是将颗粒物料的输运和其融化挤出过程分离,利用中间建立的颗粒挤压腔,实现稳定的颗粒融化挤出功能。为了探究颗粒输运以及融化规律,课题使用CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真软件STAR-CCM+,建立了进料、挤压、熔融各个阶段的模型,并通过实验验证了模型的合理性。颗粒在进料段的顺畅与否直接影响其融化挤出的连续性,文中运用离散单元法(DEM—Discrete Element Method)建立料斗供料系统的模型。颗粒在进料阶段的顺畅度,取决于以下几种因素:圆锥料斗的倾斜角,其本身受到的重力,颗粒之间以及颗粒和料斗壁之间的摩擦力等。其中,倾斜角限制了颗粒的进入空间,对其进入的顺畅度影响较大。基于以上分析,本文建立了三种不同倾斜角度的料斗模型,依据料斗输送特性的模拟结果,分析重力和进入空间这两个因素对输料效率的影响,得出50度倾角的料斗在中低速工况下工作稳定,效率较高的结论。挤压段和熔融段是相互影响的,挤压腔末端的颗粒运动分布越均匀,且速度大小合适,越有利于颗粒的融化和平稳挤出;反之,颗粒运动波动大,打印效果不佳。利用VOF(Volume of Fluid)方法对PLA颗粒融化过程进行建模,在熔融腔大小固定的条件下,探究了颗粒在融腔内及时融化时所允许的最大速度,得到熔融腔大小与颗粒进入熔融腔时速度分布的关系,即在熔融腔长度为30mm时,颗粒进入熔融腔体的最大允许速度为2mm/s。运用DEM模型及“DEM捕获壁面”的边界设定,研究了特定螺杆转速下,挤压腔内颗粒运动分布特点;当挤压腔长度为35mm时,挤压腔末端的速度分布较均匀,挤压密实,且速度大小满足在熔融腔内及时融化的条件,不易发生堵塞喷头现象。实验实现了PLA颗粒打印,并通过参数优化提高了打印质量;当安装高度为60mm到70mm,挤出温度为220摄氏度左右时,单层打印效果较为理想;并且完成了多种塑料颗粒打印实验,通过大量试验得到了合适的打印参数范围,保证了打印质量;同时实验还验证了前面章节建立的模型,在允许的误差范围内,提供了较准确的指导意见。