中北大学的李晓颖对超高分子量聚乙烯在超声波作用下的熔融挤出成型过程做了研究。她发现，超声波辐照产生的能量场以及高频剪切振动，能让熔体在挤出过程中的表观粘度和表观粘流活化能大幅降低。看看国内外的研究情况，对于高粘度流体材料的 3D 打印成型，一般都要加些特别的添加剂来改变流体的流变特性，还得用高压挤出的方法。但这么做常常会出现这些问题：首先，容易让固体颗粒脱水，使得固含量上升，最后把喷嘴堵住；其次，会有流动迟滞的情况，就是压力降下来了，流体还在流，这就会使打印出来的零件和设计的尺寸不一样；而且还会产生很大的拉伸应力，让出口挤出的材料不连续也不均匀。通过分析超声波振动辅助挤出成型的现状能知道，超声波能减少材料和喷嘴内壁金属之间的摩擦，还能充分利用非牛顿幂律流体自己的剪切稀化效应。在超声波产生的高频剪切振动下，流体的表观粘度会明显降低，这样就能均匀流畅地从喷嘴流出来了。

这次的课题是把超声波振动用到高粘度流体材料的 3D 打印成型里，主要研究下面这些内容：一是基于超声波振动的 3D 打印机喷头设计，通过研究超声振动系统的原理和组成结构，设计出一个适合高粘度流体材料挤出成型的超声振子喷头，再用有限元软件对喷头整体做模态分析，确定它的共振频率和振型，不断改进喷头的结构尺寸。二是用 Fluent 软件做流体仿真分析。在做实验探究之前，先用 Fluent 软件对喷头里流体的流动情况进行仿真分析，这对实验有指导作用。重点要分析超声波的频率与振幅、入口气压的大小等因素对流体流速和相图的影响。这里的难点是怎么施加超声波振动的特殊边界条件，这篇文章是用动网格和用户自定义函数（UDF）的方法来模拟超声波振动形式。三是控制系统优化。这个课题需要的控制系统包括 3D 打印控制系统、超声波控制系统和挤出控制系统。