- 文献综述（或调研报告）：
FDM（Fused Deposition Modeling），即熔融沉积制造工艺[1]，最早由美国学者Scott Crump于1988年提出。该工艺主要以ABS、PC、PLA等热熔性材料为主要原料，将其加热熔融后从带有微细喷嘴的喷头中挤出，同时喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，随后材料迅速凝固，并与周围的材料一起凝结，从而熔融沉积出三维实体。FDM打印机根据此原理，将原本很复杂的三维模型根据一定的层厚分解为多个二维图形，然后采用叠层办法还原制造出三维实体样件[6]。由于整个过程不需要模具，因此可大量应用于产品开发，功能测试，无模制造，小批量制造方面。目前FDM打印主要应用在汽车，航空航天，家用电器，电动工具，院校教育，模具制造等多个领域[3]。
在FDM打印机中，供料机构对打印的速度和质量起着至关重要的作用，影响到材料的熔融程度、熔融速度、输送速度等多个方面，直接决定了成品的品质[4]。
传统熔融沉积式3D打印机，在打印材料方面采用成卷的PLA、ABS等丝状材料，供料方式一般通过电机带动滚轮的走丝送料实现丝状打印材料的输送。当丝状打印材料进入熔料加热器后会在高温（200~250°C）作用下迅速熔化。处于熔融状态的打印材料在后续进入的固态丝状打印材料的挤压下进入打印喷头，并随着打印喷头的运行轨迹实现所需产品的打印[19]（如图1所示）。该供料方式的特点在于机构简单、灵巧轻便。但供料量较小，供料速度低，同时在打印大型零件时必须时刻由操作者亲自操作，容易因换料造成瑕疵。此外由于受到加热温度和材料质量的影响，熔料加热器经常发生堵塞，进而导致打印过程中断，影响产品打印的连续性。因此，该供料机构对于大型工业级熔融沉积式3D打印机并不适用[5]。
由于传统熔融沉积式3D打印供料装置存在供料量小、稳定性差、材料种类单一等缺点，并不适用于新型3D打印机打印材料的供给。因此，需要结合新型3D打印机的特点，研制一种新型供料装置。为保证新型3D打印机的打印材料供应速度，熔料方式将参考注塑行业使用的螺杆式熔料挤出工艺[6-8]，所使用的打印材料也改为注塑行业使用的颗粒类材料，可以有效解决人工加料以及在换料过程中产生瑕疵的问题。
在熔融沉积式3D打印机的供料装置中，螺杆是极为重要工作组件。它的功能是对聚合物材料的塑化，凝练及输送[9]。螺杆结构对于材料输出的速度和稳定性有着直接的影响。而在单螺杆挤出机的挤出过程中，固体输送段起着关键作用，在很大程度上影响着单螺杆挤出机的稳定性。而螺杆设计的几何变量比较多，各变量之间相互影响，导致单螺杆设计具有较高复杂性[21]。因此，有必要对螺杆进行设计及优化，从而提高出料的速度以及平稳性，有效提高打印的效率以及质量[10,11]。
本课题的目标在于设计一种新型的FDM打印机单螺杆挤出机结构，能够针对传统供料装置的不足以及出现的问题，有效提高打印的速度和质量，降低打印的故障率[14]。
由于螺杆式熔料挤出装置的加热温度高达250°C，加热装置的结构以及位置较为关键，需要达到关键部位加热，而不影响其他工件的效果，因此必须进行热力学分析，研究整个供料装置在工作时的温度分布，采取合适的隔热方式，以确保加热装置不会影响其他工件或是料盘中的物料。
在温度控制方面可以采用隔热装置，在喷头和料盘之间使用导热率较高的隔热材料，阻滞热流的传递。如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等，新型绝热材料，如气凝胶毡、真空板等。从而避免料仓的材料被加热融化[17]。
