一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法技术

本发明专利技术公开了一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法，包括以下步骤：确定陶瓷浆料微流挤出3D打印的参数范围；得到陶瓷浆料挤出阻力和陶瓷浆料流涎段长度数学模型；将挤出口内径、挤出口长度、料筒内径和陶瓷浆料挤出速度作为待优化参数，将四个参数的取值范围作为约束条件；以陶瓷浆料挤出阻力和陶瓷浆料流涎段长度作为适应度函数；将适应度函数和约束条件组成多目标优化问题，设置两个适应度函数的权重系数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题；利用遗传算法对单目标优化问题进行求解，获得最优解；根据最优解选择参数型号。本方法采用多目标优化方法进行参数设计，解决流涎问题的同时保证挤出阻力最小。

A Method of Selecting Parameters to Solve Salivation in 3D Printing of Ceramic Slurry

The invention discloses a parameter selection method for solving the salivation phenomenon of ceramic slurry 3D printing, which includes the following steps: determining the parameter range of ceramic slurry 3D printing by micro-flow extrusion; obtaining the mathematical model of ceramic slurry extrusion resistance and the length of ceramic slurry salivation section; taking the extrusion inner diameter, extrusion length, inner diameter of the barrel and extrusion speed of ceramic slurry as the parameters to be optimized, and taking four parameters. The range of parameters is taken as constraints; the extrusion resistance of ceramic slurry and the length of salivation section of ceramic slurry are taken as fitness functions; the fitness function and constraints are combined into a multi-objective optimization problem, and the weight coefficients of two fitness functions are set up to transform the multi-objective optimization problem into a single-objective optimization problem; the genetic algorithm is used to solve the single-objective optimization problem. The optimal solution is obtained, and the parameter model is selected according to the optimal solution. This method adopts multi-objective optimization method to design parameters to solve the salivation problem and ensure the minimum extrusion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法
本专利技术属于陶瓷3D打印领域，具体为一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法。
技术介绍
近年来，陶瓷材料在航天、生物、医疗等多个领域得到了广泛的应用。由于传统陶瓷成形工艺的成形时间较长，成形过程复杂，越来越多的快速成形工艺被用来制造陶瓷产品，陶瓷浆料3D打印就是其中一种。陶瓷浆料在基于微流挤出工艺的3D打印过程中，容易产生流涎现象。流涎现象是挤出中断或停止时，陶瓷浆料仍然流出的现象。流涎现象的出现会影响陶瓷3D打印的产品质量，在基于微流挤出工艺的陶瓷3D打印中应当尽量避免该现象的出现。为了解决陶瓷浆料微流挤出3D打印中的流涎现象，通常是对陶瓷3D打印中的可调整参数进行优化设计，如减小陶瓷浆料的挤出速度、按对解决陶瓷浆料流涎现象有利的方向设计挤出参数(增大挤出口的直径、减小料筒的体积和挤出口的长度)，这种参数设计方法实质上是一种以解决流涎现象为目的的单目标参数设计方法。但是使用该参数设计方法进行陶瓷浆料3D打印，可能会出现流涎现象虽然得到了解决，但是陶瓷浆料在挤出过程中阻力过大，陶瓷浆料不能稳定挤出的情况。因此，针对这种单目标参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、根据现有的3D打印设备挤出头直径型号、挤出头长度型号、料筒型号和挤出速度范围，确定陶瓷浆料微流挤出3D打印的参数范围；参数为挤出口内径D、挤出口长度L、料筒内径D0和陶瓷浆料挤出速度v；各个参数范围的下限为对应型号中的最小值、上限为对应型号中的最大值；步骤2、根据陶瓷浆料挤出阻力的Benbow‑Bridgwater模型的经验公式，得到陶瓷浆料挤出阻力的数学模型；步骤3、根据陶瓷浆料在流道中的流动情况，对流涎现象产生机理进行分析，得到陶瓷浆料流涎段长度的数学模型；步骤4、将挤出口内径D、挤出口长度L、料筒内...

【技术特征摘要】
1.一种解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、根据现有的3D打印设备挤出头直径型号、挤出头长度型号、料筒型号和挤出速度范围，确定陶瓷浆料微流挤出3D打印的参数范围；参数为挤出口内径D、挤出口长度L、料筒内径D0和陶瓷浆料挤出速度v；各个参数范围的下限为对应型号中的最小值、上限为对应型号中的最大值；步骤2、根据陶瓷浆料挤出阻力的Benbow-Bridgwater模型的经验公式，得到陶瓷浆料挤出阻力的数学模型；步骤3、根据陶瓷浆料在流道中的流动情况，对流涎现象产生机理进行分析，得到陶瓷浆料流涎段长度的数学模型；步骤4、将挤出口内径D、挤出口长度L、料筒内径D0和陶瓷浆料挤出速度v作为待优化参数，将步骤1中确定的四个参数的取值范围作为约束条件以实现解决陶瓷浆料流涎现象的同时实现陶瓷浆料挤出阻力p最小；步骤5、以陶瓷浆料挤出阻力p作为适应度函数f1；以陶瓷浆料流涎段长度Lx作为适应度函数f2；步骤6、将适应度函数f1和f2以及约束条件组成多目标优化问题；以解决陶瓷浆料的流涎现象为核心，同时兼具陶瓷浆料挤出阻力p最小，设置两个适应度函数的权重系数w1和w2，将上述多目标优化问题转化为单目标优化问题；步骤7、利用遗传算法对单目标优化问题进行求解，获得单目标适应度函数F的最优解；步骤8、按照步骤7得到的最优解选择3D打印设备挤出头直径型号、挤出头长度型号、料筒型号和陶瓷浆料挤出速度。2.根据权利要求1所述的解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法，其特征在于步骤2中，陶瓷浆料挤出阻力的数学模型如式(1)所示：式(1)中，p为陶瓷浆料挤出阻力；v为陶瓷浆料挤出速度；σ0为初始入模口屈服应力；α为入模口屈服应力速度因子；τ0为初始模壁剪切应力；β为挤压段模腔剪切应力速度因子；D0为料筒内径；D为挤出口内径；L为挤出口长度；m、n均为与速度因子有关的参数值。3.根据权利要求1所述的解决陶瓷浆料3D打印流涎现象的参数选择方法，其特征在于步骤3中，陶瓷浆料流涎段长度的数学模型如式(2)所示：式(2)中，Lx为陶瓷浆料流涎段长度；K1、K2、K3为每个参数对应的储能因子；C为常数，η0为初始粘度值；表示陶瓷浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：段国林，孔劲松，周婧，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12