[发明专利]一种确定直写打印中墨水的体积模量的方法

说明书

本发明公开了一种确定直写打印中墨水的体积模量的方法，步骤为：基于直写打印机的结构和墨水挤出过程构建墨水在针管中的流动模型和墨水在喷嘴中的流动模型，根据两个流动模型得到墨水的体积模量计算公式，分别测试得到墨水的密度、屈服应力和迟滞时间；将测试结果代入体积模量计算公式中得到墨水的体积模量；该方法直接利用了墨水在直写打印机中的挤出过程，节约了材料，且直观精确地反应了墨水在直写打印实际挤出过程中的体积模量，具有较高的精度。

技术领域

本发明涉及增材制造中材料的物理特性参数测量技术领域，特别涉及一种确定直写打印中墨水的体积模量的方法。

背景技术

根据美国材料与试验协会(ASTM)在发布的增材制造标准ISO/ASTM52900:2015，增材制造技术划分为7类：粘结剂喷射技术，直接能量沉积技术，材料挤出技术，材料喷射技术，粉床融化技术、层压技术以及光聚合技术。直写打印按照原理归属于增材制造技术中的材料挤出技术，其原理是将需要加工的材料制备为打印性能良好的浆状或糊状的名为“墨水”的原材料并通过机械力(活塞或螺杆驱动)或气动力将墨水从喷嘴挤出成为连续的细丝，细丝通过层层堆积成为三维零部件。与其他类型的增材技术相比，直写打印的最大优势是材料兼容性，即只要能制备为浆状或糊状的墨水的材料均可以在该技术下实现三维实体零部件成型。

直写打印中墨水的体积模量是墨水的一个重要物理特性参数，关系到墨水在直写打印机挤出成细丝的过程。对墨水的体积模量进行精确的测量和确定，对分析墨水在直写打印中的挤出过程、预测挤出细丝的质量等方面有重要的意义。直写打印中墨水属于粘弹性流体，现有的确定粘弹性流体体积模量的方法分为两大类：第一类为直接测量法，根据体积模量的定义，通过测量压力与体积的改变关系计算得到体积模量；第二类为间接测量法，通过测量材料的声学特性或者振动特性进行参数反演获得体积模量。利用这两类方法在确定直写打印中墨水的体积模量时，均存在着需要耗费大量材料、测量结果与测量装置相关导致测量的体积模量在用于墨水在实际挤出过程的评估中精度不够的问题。

因此，基于上述问题，有必要提出一种节约材料且使测量结果与墨水在实际挤出过程中体现的体积模量高度相符的确定直写打印中墨水的体积模量的方法有着巨大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用了墨水在直写打印机中的挤出过程实现直观精确地反应了墨水在直写打印实际挤出过程中的体积模量的确定直写打印中墨水的体积模量的方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种确定直写打印中墨水的体积模量的方法，具体实施步骤如下：

S1、基于直写打印机的结构和墨水挤出过程，分别构建墨水在针管中的流动模型和墨水在喷嘴中的流动模型；

S2、基于步骤S1构建的墨水在针管中的流动模型和墨水在喷嘴中的流动模型，得到墨水的体积模量计算公式；

S3、获取墨水的密度；

S4、获取墨水的屈服应力；

S5、获取墨水的迟滞时间；

S6、将经过步骤S3～S5获得的结果代入至步骤S2的墨水的体积模量计算公式中，计算得到墨水的体积模量。

进一步地，在步骤S1中，

针管中的流动模型表示为：

式中，V₀为针管内墨水的初始体积，A_p为针管的内截面积，v_p为活塞的向下移动速度，t为挤出时间，dp为针管内墨水的压力变化，Q为墨水挤出针管的流量，B为墨水的体积模量，dt为时间变化；

墨水在喷嘴中的流动模型表示为：