裴未遲， 張雪靜， 紀(jì)宏超， 鄭 鐳， 龍海洋

(華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 唐山 063210)

3D打印技術(shù)也被稱為增材制造(add materiat monutacture;AM)或快速成型(rapiol prototyply,RP)[1-2]，是一種將利用計(jì)算機(jī)生成的模型，逐層打印添加材料，直接生產(chǎn)成零件的制造技術(shù)[3-4]。一直以來，陶瓷材料就深受機(jī)械、醫(yī)學(xué)、電子、航天航空等方面的關(guān)注，高效率、高精度、低成本的陶瓷制造技術(shù)成為促進(jìn)陶瓷材料發(fā)展的關(guān)鍵，而隨著3D打印技術(shù)及打印材料種類的逐步發(fā)展，陶瓷3D打印機(jī)開始出現(xiàn)。打印機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是陶瓷3D打印機(jī)重要組成部分，打印機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制打印出料噴頭及工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，打印機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)影響出料噴頭及工作臺(tái)的準(zhǔn)確定位。在柱塞式陶瓷3D打印機(jī)打印過程中，噴頭不斷變換打印方向時(shí)，打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸不斷地啟停所造成噴頭和工作臺(tái)的振動(dòng)，及Z運(yùn)動(dòng)軸控制工作臺(tái)在下降打印層高時(shí)的振動(dòng)都將對打印精度造成直接影響。因此，研究噴頭及工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)對研究打印機(jī)打印精度具有重要意義。

對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的振動(dòng)響應(yīng)分析，已有眾多學(xué)者做了相關(guān)研究。宋時(shí)浩等[5]利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的研究方法研究了某火箭發(fā)射系統(tǒng)閉鎖機(jī)構(gòu)的全過程，得到了定向鈕、定位環(huán)等重要零部件的受力、變形及動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況。項(xiàng)昌樂等[6]建立了履帶車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真模型，分析了車輛油門開度突變過程中發(fā)生齒輪反沖等動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。王凱等[7]對無側(cè)隙端面嚙合蝸桿副的嚙合瞬間進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到了到端面嚙合蝸桿副的等效應(yīng)力、接觸應(yīng)力及總變形，為蝸桿的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。Liu等[8]建立了轉(zhuǎn)子的有限元模型，并進(jìn)行了瞬態(tài)分析，得出了冷啟動(dòng)條件下轉(zhuǎn)子應(yīng)力分布等數(shù)據(jù)。Zhao等[9]研究了機(jī)械彈性車輪的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特征，利用軟件對其有限元模型進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論數(shù)據(jù)。Monroe等[10]利用動(dòng)力學(xué)模型的分析及仿真，研究了用于降低機(jī)械扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的離心擺減震器的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)。Heshan等[11]建立受到諧波激勵(lì)的淺彎曲梁模型，簡化為無量綱—自由度模型，并使用該模型分析了系統(tǒng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)。Chen[12]建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有限元模型，進(jìn)行了基于有限元模型的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，提出了利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析檢測和識(shí)別風(fēng)力電機(jī)故障的方法。因此，對柱塞式陶瓷3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真是研究噴頭及工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)及分析柱塞式陶瓷3D打印機(jī)打印精度的有效途徑。

以柱塞式陶瓷3D打印機(jī)為研究對象，利用軟件對打印機(jī)進(jìn)行三維建模，并利用ANSYS workbench軟件對打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸、工作臺(tái)及柱塞軸進(jìn)行模態(tài)分析，并對各運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)及多軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真，得到直接影響打印質(zhì)量的噴頭及工作臺(tái)的振動(dòng)情況等動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，并通過打印樣件實(shí)驗(yàn)，對打印機(jī)打印效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 柱塞式陶瓷3D打印機(jī)

柱塞式陶瓷3D打印機(jī)(圖1)應(yīng)用材料為陶瓷漿料，并且其無須激光、無須紫外線的輻射，成本較低。柱塞式陶瓷3D打印機(jī)主要包括機(jī)架、運(yùn)動(dòng)軸、柱塞軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可調(diào)平工作臺(tái)等部分。運(yùn)動(dòng)軸主要由步進(jìn)電機(jī)、滾動(dòng)絲杠、矩形導(dǎo)軌及滑塊組成。運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的滑動(dòng)螺母帶動(dòng)支撐板及其上連接件滑動(dòng)。柱塞軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由柱塞頭、料筒、噴頭組成。可調(diào)平工作臺(tái)主要由工作板、彈簧、加熱塊組成。噴頭的出料口直徑最小為0.5 mm。打印過程中，柱塞頭在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，不斷向下擠壓料筒內(nèi)的陶瓷漿料，漿料通過柱塞頭的擠壓經(jīng)與料筒連接的噴頭噴出，噴頭每打印完一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層高的高度，噴頭再次完成下一次的打印，逐層堆疊成型。

1為Y軸運(yùn)動(dòng)軸；2為X軸運(yùn)動(dòng)軸；3為柱塞軸；4為Y軸運(yùn)動(dòng)軸；5為工作臺(tái)；6為支架；7為Z軸運(yùn)動(dòng)軸圖1 柱塞式陶瓷3D打印機(jī)Fig.1 Plunger ceramic 3D printer

2 模態(tài)分析

2.1 材料屬性及接觸定義

柱塞式陶瓷3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸的支撐件、工作臺(tái)面等采用6063鋁合金，導(dǎo)軌滑塊柱塞頭等采用45鋼。材料參數(shù)如表1所示。

表1 材料參數(shù)Table 1 Material parameter

根據(jù)打印機(jī)零件安裝方式對其接觸進(jìn)行設(shè)置，例如，通過螺栓固定連接的設(shè)置為綁定接觸，導(dǎo)軌與滑塊接觸面設(shè)置為不分離接觸。

2.2 網(wǎng)格劃分

為了建立有效的有限元模型，首先利用軟件對柱塞式陶瓷3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行三維建模。為減小計(jì)算量及確保網(wǎng)格精度，在繪制三維模型中簡化倒角、部分螺紋等，對運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)盡量采用六面體網(wǎng)格。根據(jù)打印機(jī)各部分的形狀大小，將最小網(wǎng)格尺寸設(shè)置為5 mm，其有限元模型如圖2所示。網(wǎng)格節(jié)格點(diǎn)數(shù)為924 558，網(wǎng)格數(shù)為182 080。網(wǎng)格元素質(zhì)量指標(biāo)平均值為0.86，縱橫比平均值為1.97。網(wǎng)格質(zhì)量和縱橫比符合結(jié)構(gòu)場分析的要求。

圖2 柱塞式陶瓷3D打印運(yùn)動(dòng)軸有限元模型Fig.2 Finite element model of plunger ceramic 3D printing motion axis

2.3 結(jié)果分析

模態(tài)分析是對模型固有頻率的研究，對于模型，只要確定其結(jié)構(gòu)和約束條件，其模式也相應(yīng)地確定，并且在不考慮模型的力的情況下，計(jì)算模型的模式[13]。對Z運(yùn)動(dòng)軸及工作臺(tái)進(jìn)行模態(tài)分析需固定兩支撐板，對Y、X運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸進(jìn)行模態(tài)分析需固定雙Y運(yùn)動(dòng)軸支撐板兩端,Z運(yùn)動(dòng)軸及工作臺(tái)4、5、6階模態(tài)振型圖如圖3所示，X、Y運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸4、5、6階模態(tài)振型圖如圖4所示。根據(jù)模態(tài)振型圖可知，工作臺(tái)和Z運(yùn)動(dòng)軸的變形主要為工作臺(tái)支撐件及臺(tái)面發(fā)生的彎曲及扭轉(zhuǎn)變形，X、Y運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸的變形主要為柱塞頭及運(yùn)動(dòng)軸絲杠和導(dǎo)軌發(fā)生的彎曲變形。Z運(yùn)動(dòng)軸及工作臺(tái)，X、Y運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸的前七階非零固有頻率及變化趨勢如表2、表3所示。

圖3 Z運(yùn)動(dòng)軸及工作臺(tái)模態(tài)振型圖Fig.3 Z motion axis and table mode shape diagram

圖4 X、Y運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸模態(tài)振型圖Fig.4 X, Y motion axis and plunger axis mode shape diagram

表2 Z運(yùn)動(dòng)軸及工作臺(tái)模態(tài)Table 2 Z motion axis and table mode

表3 X、Y運(yùn)動(dòng)軸及柱塞軸模態(tài)振型圖Table 3 X, Y motion axis and plunger axis mode shape diagram

3 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)是用于確定承受任意隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法，其基本運(yùn)動(dòng)方程為[14]

(1)

根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)情況，對有限元模型中各部分運(yùn)動(dòng)情況設(shè)置運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，如設(shè)置各軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的電機(jī)、聯(lián)軸器及絲杠為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)矩頻特性曲線對運(yùn)動(dòng)軸中絲杠在不同運(yùn)動(dòng)情況下施加轉(zhuǎn)矩，施加的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩Ta計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：Ta為驅(qū)動(dòng)扭矩，kgf·mm；Fa為軸向負(fù)載，F(xiàn)a=F+μmg，其中F為絲杠的軸向切削力，μ為導(dǎo)向件的綜合摩擦系數(shù)；Ph為絲杠導(dǎo)程，mm；η為傳動(dòng)鏈正效率。

3.1 運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)

X運(yùn)動(dòng)軸及Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)實(shí)際打印情況設(shè)置分析選項(xiàng)。采用3個(gè)載荷步，第1個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間設(shè)置為0.23 s，第2個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間為0.77 s，第3個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間設(shè)置為1 s，其中第一個(gè)載荷步及第3個(gè)載荷步視為步進(jìn)電機(jī)勻變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。X運(yùn)動(dòng)軸和Y運(yùn)動(dòng)軸勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)施加力矩分別為82.46、131.71 N·mm，并對相應(yīng)滑動(dòng)螺母與絲杠的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)置，運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)勻速運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)行速度為20 mm/s，噴頭及工作的位移響應(yīng)曲線及絲杠總變形云圖如圖5～圖8所示。

圖5 X運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)噴頭及工作臺(tái)位移曲線Fig.5 Displacement curve of the nozzle and table when the X motion axis is moving alone

圖6 X軸絲杠總變形量Fig.6 X-axis screw total deformation

圖7 Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)噴頭及工作臺(tái)位移曲線Fig.7 Displacement curve of nozzle and table when Y motion axis is moving alone

由圖5可知，當(dāng)X運(yùn)動(dòng)軸單軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，噴頭位移為15.4 mm，噴頭在Y軸方向上的位移穩(wěn)定在-6.817 8×10-9～3.000 3×10-7mm，在Z軸方向上的位移穩(wěn)定在-3.477 8×10-13～1.660 4×10-9mm的范圍內(nèi)，工作臺(tái)的位移集中在Z軸方向上，位移范圍為6.553 5×10-5～6.574 5×10-5mm。由圖6可知，X軸絲杠變形量最大處為絲杠中間部分，變形量從中間到兩部分越來越小，變形量范圍為0.001～0.0125 mm。由圖7可知，當(dāng)Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，噴頭位移為15.4 mm。噴頭在X軸方向上的位移范圍為-1.241×10-8～3.205 6×10-7mm，在Z軸方向上位移范圍為-1.283 2×10-13～8.153 4×10-8mm。工作臺(tái)的位移集中在Z軸方向上，范圍為6.557 9×10-5～6.572 4×10-5mm。由圖8可知，Y軸絲杠的變形趨勢與X軸絲杠相同，絲杠變形量由中間部分最大逐漸向兩端減小，Y軸絲杠的變形量范圍為0～0.072 mm。根據(jù)噴頭及工作臺(tái)的位移情況，可知，當(dāng)X、Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，噴頭和工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)軸從啟動(dòng)到停止，振動(dòng)幅度微小且遠(yuǎn)小于打印噴頭出料口直徑。因此，在打印過程中運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)啟停階段噴頭及工作臺(tái)的振動(dòng)對打印質(zhì)量的影響微小。

圖8 Y軸絲杠總變形量Fig.8 Y-axis screw total deformation

圖9 Z運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)工作臺(tái)位移曲線Fig.9 Table displacement curve of Z motion axis when moving alone

圖10 Z軸絲杠總變形量圖Fig.10 Z-axis screw total deformation diagram

工作臺(tái)所在的Z運(yùn)動(dòng)軸在打印過程中有定位層高的作用，因此打印過程中當(dāng)Z運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)位移較小，其位移范圍一般為噴頭直徑的60%～80%。因此，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行模式，設(shè)置分析選項(xiàng)時(shí)間。設(shè)置3個(gè)載荷步，其結(jié)束時(shí)間分別為0.01、0.02、0.03。對絲杠勻速時(shí)施加的力矩為31.86 N·mm，滑動(dòng)螺母的勻速移動(dòng)速度為20 mm/s，啟動(dòng)及停止過程視為勻變速過程。工作臺(tái)位移及絲杠總變形如圖9、圖10所示。由圖9和圖10可知，當(dāng)工作臺(tái)在Z方向位移0.4 mm時(shí)，其他兩方向的位移穩(wěn)定在0 mm左右,因此可忽略其他兩方向的位移影響，Z軸絲杠的中間部分的變形量最大，變形量由中間部分向兩端逐漸變小，其最大變形位移為0.022 mm，由此可知，Z軸絲杠的變形量十分微小。因此在打印過程中，工作臺(tái)在Z軸方向位移一個(gè)層高量時(shí)，工作臺(tái)的振動(dòng)是十分微小的，因此，在下降層高的過程中，工作臺(tái)的振動(dòng)對已打印出的坯體結(jié)構(gòu)的影響微小，不會(huì)影響坯體的打印精度。

3.2 運(yùn)動(dòng)軸多軸聯(lián)動(dòng)

當(dāng)3D打印機(jī)打印除X、Y方向的直線及不同曲度的弧線時(shí)，都需要X運(yùn)動(dòng)軸及Y運(yùn)動(dòng)軸以不同或相同的速度聯(lián)動(dòng)帶動(dòng)噴頭完成打印。因此在分析運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，需考慮運(yùn)動(dòng)軸的速度差異。與分析運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)一致的是設(shè)置分析選項(xiàng)，采用3個(gè)載荷步，第1個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間設(shè)置為0.23 s，第2個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間為0.77 s，第3個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)間設(shè)置為1 s，并施加各關(guān)節(jié)連接部條件。X運(yùn)動(dòng)軸和Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)施加力矩分別為82.46、131.71 N·mm，當(dāng)兩方向的軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度一致，且勻速運(yùn)動(dòng)過程為20 mm/s時(shí)(啟動(dòng)及停止過程視為勻變速過程)，噴頭及工作的位移響應(yīng)曲線如圖11所示。

由圖11可知，當(dāng)X、Y運(yùn)動(dòng)軸以相同的速度分別向X軸正方向及Y軸負(fù)方向移動(dòng)15.4 mm時(shí)，噴頭的總位移長度為21.779 mm，噴頭在Z方向的位移范圍為-2.444 1×10-13～2.922 6×10-9mm。工作臺(tái)的位移依然集中在Z軸方向，其位移值范圍為6.557 7×10-5～6.572 4×10-5mm。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸以相同速度共同運(yùn)動(dòng)時(shí)，噴頭及工作臺(tái)在Z方向的振動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于噴頭出料口直徑，其對3D打印機(jī)打印過程中的影響可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸以相同速度聯(lián)動(dòng)時(shí)，3D打印機(jī)的打印精度是可以得到保障的。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸以不同速度聯(lián)動(dòng)時(shí)，與速度相同時(shí)的分析項(xiàng)設(shè)置基本相同，不同之處為X、Y運(yùn)動(dòng)軸設(shè)置分析項(xiàng)時(shí)，Y運(yùn)動(dòng)軸的勻速運(yùn)行速度為20 mm/s，X運(yùn)動(dòng)軸的勻速運(yùn)行時(shí)速度為15 mm/s。此時(shí)，求解得到的噴頭及工作臺(tái)的位移響應(yīng)曲線如圖12所示。

由圖12可知，當(dāng)X運(yùn)動(dòng)軸的位移方向?yàn)橄騒正方向，位移量為11.55 mm，Y運(yùn)動(dòng)軸的位移方向?yàn)閅負(fù)方向，位移量為15.4 mm時(shí)，噴頭的總位移量為19.25 mm。噴頭在Z方向的位移范圍為-2.003 1×10-13～2.500 6×10-9mm。工作臺(tái)的位移與運(yùn)動(dòng)軸以相同速度聯(lián)動(dòng)時(shí)的工作臺(tái)位移一致。當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸以不同速度共同運(yùn)動(dòng)時(shí)，噴頭及工作臺(tái)在Z方向的振動(dòng)幅度十分微小，其對3D打印機(jī)打印過程中的影響可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸以不同速度聯(lián)動(dòng)時(shí)，3D打印機(jī)的打印精度是可以得到保障的。

4 打印試驗(yàn)

利用柱塞式陶瓷3D打印機(jī)進(jìn)行打印試驗(yàn)，設(shè)計(jì)打印樣件，使其在打印過程(包括外壁打印及內(nèi)部填充打印)中可體現(xiàn)多方向直線、圓弧線、直角、弧度的打印過程。打印完成后，觀察打印件的表面平整度及填充效果可直觀地感受柱塞式陶瓷3D打印機(jī)的打印效果。

圖11 兩方向運(yùn)動(dòng)軸以相同速度運(yùn)動(dòng)下噴頭及工作臺(tái)位移曲線Fig.11 Displacement curve of nozzle and table under the same speed

圖12 兩方向運(yùn)動(dòng)軸以不同速度運(yùn)動(dòng)下噴頭及工作臺(tái)位移曲線Fig.12 Displacement curve of nozzle and table under different speeds of motion axes in two directions

打印試驗(yàn)采用直徑為0.6 mm的噴頭，層高設(shè)置為0.4 mm，送料倍率為80%。打印時(shí)，首先將陶瓷漿料倒入柱塞軸料筒內(nèi)，單獨(dú)運(yùn)動(dòng)柱塞軸中柱塞頭向下擠壓料筒內(nèi)漿料直到出料結(jié)束，然后，將利用切片軟件處理的樣件模型的切片數(shù)據(jù)傳輸于柱塞式陶瓷3D打印機(jī)，準(zhǔn)備打印。打印之前檢查工作臺(tái)是否調(diào)平，再檢查其加熱溫度是否符合打印要求，檢查完成后，開始進(jìn)行打印。打印過程中X、Y運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或聯(lián)動(dòng)完成每一層表面及內(nèi)部填充的打印，Z運(yùn)動(dòng)軸完成層高逐層降低的運(yùn)動(dòng)，最終打印樣件如圖13所示。

圖13 打印樣件Fig.13 Print the sample

可從打印出的樣件發(fā)現(xiàn)，樣件表面可清晰觀測出逐層打印排列的線條，表面基本保持平整，內(nèi)部填充的網(wǎng)格狀線條清晰，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)逐層保持完整。在整個(gè)打印過程中，工作臺(tái)和噴頭的振動(dòng)幅度較小，可保證打印件的打印精度。

5 結(jié)論

建立了柱塞式陶瓷3D打印機(jī)的三維模型，利用ANSYS軟件建立了其有限模型，并對其運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到了其運(yùn)動(dòng)軸單軸運(yùn)動(dòng)、多軸聯(lián)動(dòng)兩類情況下，噴頭、工作臺(tái)的位移曲線。

(1)當(dāng)柱塞式陶瓷3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)情況下，噴頭和工作臺(tái)的振動(dòng)幅度是十分微小的，且遠(yuǎn)小于噴頭出料口直徑，X、Y運(yùn)動(dòng)軸的絲杠的變形也是如此。因此噴頭、工作臺(tái)在打印過程中運(yùn)動(dòng)軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的啟停過程中的振動(dòng)對3D打印機(jī)的打印精度影響微小，可確保打印坯體的精度。

(2)當(dāng)柱塞式陶瓷3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)軸多軸聯(lián)動(dòng)情況下，噴頭及工作臺(tái)在Z軸方向的振動(dòng)幅度遠(yuǎn)小于噴頭出料口直徑，因此噴頭及工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)軸多軸聯(lián)動(dòng)的啟停過程中，其振動(dòng)對打印精度的影響微小，柱塞式陶瓷3D打印機(jī)的打印精度可以得到保障。

(3)打印樣件的過程中，柱塞式陶瓷3D打印機(jī)噴頭及工作臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，打印件內(nèi)部填充完整，打印表面平整。

通過對柱塞式陶瓷3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析及打印試驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可保證柱塞式陶瓷3D打印機(jī)的噴頭及工作臺(tái)在打印過程中平穩(wěn)運(yùn)行，從而保證打印精度。