3D打印(3D Printing)技术作为快速成型领域的一种新兴技术,其熔融沉积式快速成型技术(Fused Deposition Modeling,FDM)是3D打印制造工艺的一种主要形式,它的工艺以其高度的制造柔性、制件结构复杂性和市场需求适应性成为未来应用最为广泛的增材制造快速成型技术之一,在快速成型制造业和快速模具方面发挥着重要作用。FDM-3D打印挤出机(以下简称喷头)是3D增材打印技术中的关键部件,本文针对FDM-3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起的堵丝和打印精度差等问题展开理论分析研究,采用热力学和流体热力学有限元模拟分析方法,探索由喷头造成的打印精度差、丝料在喷头内熔化相变不稳定引起堵丝等的原因,最后优化设计喷头结构,加工制造喷头并做打印实验,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。主要研究工作总结如下:1)通过研究熔融沉积式3D打印喷头结构与原理介绍了3D打印喷头的类别,在此基础上研究了喷头的结构组成,将喷头结构按照功能划分区域,构建出熔融沉积式3D打印喷头的定位区、进给区、熔丝区和增材区的区域组成,再根据喷丝原理,确定了本文的研究目标和所需要研究的工艺参数对象。2)喷头喷丝过程中进丝机理的研究。借助有限元中的THERMAL模块与FULID CFD模块辅助分析ABS丝料在喷头通道挤出时的流体热力学性质,模拟材料在通道中挤出过程中的温度场、速度场、压力场以及相变过程,总结数据得出如何让喷头顺畅吐丝的控制过程与所需温度条件和压力条件。3)基于有限元的3D打印喷头打印精度分析。通过对目前市场上两种熔融沉积式3D打印喷头的三维建模和热力学仿真分析,得出影响打印精度的敏感部位和热布局对材料变形量如何影响。为针对打印喷头打印精度的优化设计方案做出理论铺垫。4)熔融沉积式3D打印喷头的结构优化设计。针对熔融沉积式3D打印喷头容易堵丝和打印精度两大关键技术,通过上文对保障喷头挤出熔融材料时所需特定压力、速度、温度与控制的关系研究以及喷头结构的影响,提出优化设计方案;在此基础上研究了与挤出压力有关的导轮之间摩擦力的大小计算,并且重新设计了送丝导轮机构。最后,对优化后的喷头与未优化的喷头做总热变形和温度分布仿真对比。5)产品设计定型并做打印试验,打印产品展示,根据打印试验进一步优化。