宾汉流体在低应力下变现为固性,在高应为下变现为流动性,静切应力和塑性粘度可以表征宾汉流体的特性。但是,若是要将宾汉流体引入3D凝胶打印工艺中,需要满足两个条件:喷头的运动速度引起的剪切应力大于宾汉流体的静应力,并且其变形挠度精度小于0.01mm(可根据打印精度要求变化数值);打印材料与宾汉流体支撰材料分界面处引起的剪切应力不能超过宾汉流体的静切应力。
在打印过程中,喷头在支撑中做匀速运动,与支撑材料接触产生剪切应力,在与喷头运动速度方向相垂直的面积达到最大时,喷头圆柱面两端的剪切应力达到最大。
在支撑中,除了喷头的勾速运动,还有打印材料的由于粘度而产生的内部力,该力与在打印材料与支撑材料接触面上产生剪切应力相抗衡,确保打印成功的条件是产生的剪切应力不大于宾汉流体支撑材料的静切应力。气压对宾汉流体的打印性影响有两种情况:其一是当打印线宽小于喷头直径时,打印材料在支撑中所受剪切应力方向与喷头移动速度方向相同,大小相等;其二是当打印线宽大于喷头直径时,打印材料在支撑中所受剪切应力方向与喷头移动速度方向相反,大小相等。这里忽略当打印线宽等于喷头直径的情况,因为在该种情况下,抽料内部的剪切应力为零,打印材料一定能够在支撑中沉积定型。
分析了宾汉流体的特性。宾汉流体是一种非牛顿流体,只有当所受剪切应力大于静切应为时,其才会出现流动现象。表征宾汉流体的参数有静切应为和表观粘度。通过构建力学模型,探索了其作为支撑材料的打印性能。包括临界喷头打印长度和临界喷头移动速度与宾汉流体性能的关系。从而确保宾汉流体在凝胶3D打印中的成功应用。同时,也为探索明胶颗粒支撑材料在凝胶3D打印中的参数选择奠定理论基础。
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