基于ANSYS Icepak的FDM 3D高温打印机喷头散热优化研究

袁平，谢焯俊，张泽，方辉

基于ANSYS Icepak的FDM 3D高温打印机喷头散热优化研究

袁平，谢焯俊，张泽，方辉*

（四川大学 机械工程学院，四川 成都 610065）

FDM打印中，不合理的温度场分布会导致喷头堵塞和物料供给不通畅，最终影响打印质量。针对此问题，提出了一种喷头散热优化方案，在原有喷头结构上采用风扇对喷头关键区域进行集中散热。分别对优化前后的喷头进行热力学仿真实验和打印实验，对比结果表明：优化后的喷头温度场分布有明显改善，喉管关键区域温度有明显下降，在显微镜下观察打印件结构，打印质量有显著提高。

高温FDM喷头；散热优化；温度场；ANSYS；喉管

3D打印（3D Printing）技术也称为快速成型技术，广泛应用于建筑、工业设计、汽车、医疗等不同领域。它以数字模型文件为基础，以熔融态金属和可粘合非金属为原料，喷头按照切片软件规划的轨迹路径逐层堆叠打印形成打印件。早期，3D打印技术由于价格昂贵、技术不成熟，没有得到推广普及。经过20多年的发展，3D打印技术已经逐渐走向成熟，且成本大幅降低，有了商业生产的趋势。

目前，3D打印技术的主要成型工艺有熔融沉积成型、立体光刻、分层实体制造、选择性激光烧结、无模铸型制造等[1]。其中，熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling，FDM）型3D打印机，由于结构简单、成本低且环保性能优良，并能适应多种材料的打印成型，目前已在3D打印领域中广泛应用[2]。FDM型3D打印机采用熔融沉积的材料累加原理，其打印成型的关键部件之一为打印热喷头[3]，通过将打印丝材加热至熔融状态从喷嘴挤出，并按一定的形状堆叠形成打印件[4-6]。……