低熔点合金3D打印机喷头系统设计

针对FDM型金属3D打印机存在的打印能力有限、喷头结构笨重、成型材料冷却速度较慢等问题,基于低熔点合金的物理特性,设计了一种3D打印机喷头系统,包括材料制备装置、喷头、送料装置、回收装置、抽取装置、气体净化装置和控制装置。材料制备装置与喷头分离,作为独立单元设计;送料装置能够有效地清理喷头及其导料管中的打印余料;喷头上的风冷装置可以加快成型材料表面气体的流动并抽取有害气体;气体净化装置用于处理铅或者镉的氧化物烟尘。此系统支持长时间连续打印,适用于安装在各类FDM型金属3D打印机的三维运动机构上。     

3D打印两相钛合金组织性能研究现状

3D打印成型技术由于快速性、低成本、高集成化、适用于加工复杂零件等显著优点,近几年来得到快速发展,但是目前还存在许多不足,如精度不高、材料性能不稳定等。随着3D打印两相钛合金的应用越来越广泛,国内外针对3D打印两相钛合金的研究也逐渐深入和成熟,通过指导工艺的改进方向来提高其综合性能。本研究针对3D打印中激光快速成型和电子束熔化成型两种技术的工艺进行分析,阐释不同成型工艺条件下两相钛合金宏微观组织特征、力学性能特点,得出打印成型工艺参数、热处理工艺等因素对其影响,为3D打印两相钛合金工程化应用提供借鉴。     

快速原型技术制备复合材料的研究进展

简述了选区激光烧结/熔化、分层实体制造、光固化成型、熔丝沉积制造和三维打印等主要快速原型技术制备复合材料的研究进展。论述了该法制备复合材料的成型方法和使用材料,并分析了快速原型技术在制备纤维增强复合材料、纳米复合材料和生物复合材料方面的研究现状。     

真空感应炉熔炼雾化3D打印镍-钛形状记忆合金丝材和球形粉末

本文介绍了应用于金属3D打印的医疗器械和外科植入镍-钛形状记忆合金材料性能及制备技术,详细阐述了金属3D打印技术领域的镍-钛形状记忆合金丝材和雾化球形粉末的制备方法。应用真空感应炉熔炼法,结合计算机控制技术、传感技术等智能技术及智能化设备制备的金属3D打印材料将广泛应用于激光熔结成型工艺技术、激光熔覆成型工艺技术、等离子快速沉积工艺等金属3D打印技术中,具有广阔的应用前景。     

国内外金属3D 打印材料现状与发展

介绍了金属3D打印技术基本概念及工艺优势;总结了国内外金属3D打印材料种类、应用及制造工艺,分析了金属3D打印材料目前存在的问题及未来发展趋势。结果表明,铝合金、钛合金、铁基合金等金属3D打印材料发展迅速,传统的3D打印金属材料及复合材料需要进行重点研究。     

连续Cf/Al复合材料板双辊铸轧制备及力学性能研究

本文利用电镀工艺制备了表面镀镍碳纤维,通过双辊铸轧短流程成型工艺成功制备了连续碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料板,研究了浇注温度对铸轧复合材料板的微观组织、界面特征、断口形貌和力学性能的影响。结果表明,浇注温度为963～983K,轧制速度为2.7m/min,辊缝为2.0mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的Cf/Al铸轧复合材料板;其中,浇注温度为973K时,碳纤维与铝基体之间界面结合良好;纤维表面金属镍层明显改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层还有效抑制了Al4C3脆性相的产生,使Cf/Al复合材料板力学性能大幅提升,其中浇注温度973K铸轧的Cf/Al复合材料板抗拉强度比初始的38.2MPa提高了87.4%。     

基于ROS的六轴机械臂3D打印运动规划方法

针对六轴机械臂3D打印的关节运动规划问题,基于ROS搭建六轴机械臂3D打印仿真平台。采用KDL正逆运动学求解器及OMPL轨迹规划器对关节运动进行规划。针对末端执行器打印头运动与挤出机运动的不同步问题,通过速度正运动学获得机械臂末端执行器打印头的线速度;根据打印头的挤出工艺参数,建立挤出机的挤料速度与打印头移动速度之间的关系,进行挤出运动规划。结果表明：利用所提方法可实现六轴机械臂在3D打印平台上的集成;打印零件时出丝量较为均匀,避免了因挤料与打印头运动速度不匹配导致的材料堆积或缺失现象,验证了该方法的可行性。     

碳纤维增强铝基复合材料的改性研究

研究碳纤维对铝基复合材料的改性,分别向6061和6063两种铝合金中添加一定量的短切纤维,采用挤压成型方法制备了碳纤维改性铝基复合材料。研究了碳纤维的尺寸及添加量对复合材料力学性能、耐磨性和尺寸稳定性的影响。结果表明,碳纤维改性后的铝基复合材料力学性能有明显提高,其室温抗拉强度、屈服强度均得到增强,而材料的伸长率略有减小;通过耐磨性测试确定了碳纤维的最佳添加尺寸为3 mm,最佳添加量为0.6%;通过冷热冲击测试证明了碳纤维能够有效改善铝基复合材料的尺寸稳定性。     

金属基复合材料3D冷打印技术

3D冷打印技术是一种在室温或低温(<100℃)条件下打印金属零件的新型3D打印技术。3D冷打印技术突破了传统制造工艺在外形上的限制和普通金属3D打印技术在原材料选择上的局限,可高效率、一体化地生产形状十分复杂的金属零部件。3D冷打印技术以低黏度的金属料浆为打印原料,通过打印机喷头将金属料浆喷射到打印平台上,同时以不同的加热方式引发金属料浆中有机体的聚合反应形成三维网状结构,将金属粉体固定,使金属料浆迅速固化,实现金属零件的逐层打印。文章重点介绍利用该核心技术——3D冷打印技术制造GT35钢结硬质合金封闭式叶轮和YG8硬质合金角度铣刀的过程,并提出通过3D冷打印技术一体化成型结构混杂复合材料的设计理念——借鉴多喷头彩色打印的原理,以多个喷头交替喷射不同成分和含量的金属料浆,即可同步打印结构混杂复合材料,使得交替贴合、单面贴层、双面贴层以及表面嵌条等结构混杂类型中一种或多种组合构成的复合材料能够一体化成型。     

3D打印材料

极受大众欢迎和关注的3D打印技术,由于打印材料紧缺和制备困难而导致的打印成本昂贵,严重影响了3D打印技术的进一步市场化,这也让制造商为之困惑。本文通过典型实例阐述了金属(黑色金属、有色金属和稀贵金属)、聚合物、陶瓷和复合材料在3D打印材料中的应用,以及对3D打印材料的研发进展作了进一步介绍。     

Rapid 3D microwave printing of continuous carbon fiber reinforced plastics

Using microwave heating in 3D printing of continuous carbon fiber reinforced plastic (CCFRP) instead of the traditional resistive heating constitutes a new approach for the additive production of high performance composite components. Without the intrinsic slow speed and contact-needed heat transfer disadvantages, the instantaneous and volumetric heating benefits of microwave allows the fabrication of composites at higher speed. This paper presents the 3D microwave printing technology for CCFRP and investigates the mechanical properties of the tensile specimens that have been printed with different speeds. The printing process and mechanical properties of printed specimens are investigated and discussed.     

Development of 70/30 Poly-<Emphasis Type="SmallCaps">l</Emphasis>-<Emphasis Type="SmallCaps">dl</Emphasis>-Lactic Acid Filaments for 3D Printers (Part 1): Filament Manufacturing and Characterization of Printed Samples for Use as Bioabsorbable Products

The aim of this work was to manufacture 70/30 poly-l-dl-lactic acid (PLDLLA) filaments for three-dimensional (3D) printers by using the extrusion technique and to study the properties of filaments and printed plates for surgical fracture stabilization. Different extrusion methodologies were tested and filaments were analyzed in terms of homogeneity, accuracy diameter, finishing surface morphology, and chemical degradation. X-ray diffraction and differential scanning calorimetry showed that the filaments have less crystallinity than does the raw material. Infrared and thermogravimetric analysis showed no evidence of chemical degradation. Surgical plates made with the filaments revealed small changes in the material properties after the printing process. PLDLLA filament extrusion and 3D printing are a promising way to satisfy the demand of implantable bioabsorbable products.     

粉末冶金热挤法制备无钯镀镍碳纤维增强镁基复合材料及组织观察

利用粉末冶金热挤压技术制备短碳纤维增强镁合金复合材料。为了改善碳纤维与基体的润湿性,对碳纤维进行表面无钯化学镀镍处理。通过扫描电子显微镜(SEM)观察碳纤维化镀层以及碳纤维镁基复合体的形貌,通过超景深金相显微镜观察纤维在复合材料中的分布并对复合材料的挤压过程进行分析。结果表明:镀镍碳纤维能满足制备的要求并有利于纤维在复合体中的均匀分散,在含4.0%(质量分数)碳纤维的预制体采用压制压力为420MPa,烧结温度为550℃保温0.5h后,在480℃用280MPa的压力进行热挤压得到材料的力学性能最佳。     

Csf/Al复合材料管的制备与性能

碳纤维增强铝基复合材料管具有高比强度、高比刚度、低膨胀率等优点，尺寸稳定性好，非常适合作为空间材料使用。采用M40短纤维和LY12铝合金，用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强的铝基复合材料，并挤压成具有较高力学性能的复合材料管，讨论了挤压工艺对管材性能的影响。     

碳纤维增强复合材料双面埋头压铆模拟分析

铆接技术作为一种不可拆卸的连接方式,在飞机装配过程中被广泛使用，同时碳纤维增强复合材料由于自身优异的力学性能也成为了航空工业中热门。在碳纤维增强复合材料铆接的过程中,铆钉的变形会对铆接的碳纤维增强复合材料造成损伤,从而影响铆接的质量以及其使用寿命。针对这一问题，使用有限元仿真软件ABAQUS创建复合材料双面埋头压铆三维模型，通过ABAQUS子程序接口编写VUMAT用户材料自定义程序，分别取Hashin准则和Puck准则的优势作为三维失效准则，选用合理的刚度退化方式对压铆后的复合材料的渐进损伤进行分析。通过ABAQUS对复合材料压铆过程模拟，得到铆钉在压铆过程中的成形规律和复合材料层合板的主要损伤失效形式为基体的压缩和拉伸、纤维压缩以及其损伤失效的扩展方向。     

Simulation-Based Analysis of Composite Extrusion Processes

The attempt to combine the excellent mechanical properties of composite materials with the great economic benefit of conventional extrusion of lightweight profiles has led to the development of an extrusion process for standard EN-AW 6060 billets in compound with endless wires or fiber materials. To comprehend the general conditions during composite formation, thermo-mechanically coupled Finite Element Models based on Lagrangian and Eulerian formulations have been set up to analyze the mechanical boundary conditions for composite formation and the influence on the material flowing during the extrusion process. The three-dimensional models provide insights on the development of stresses in the base as well as reinforcement material, which helps to find dominating process parameters to prevent the reinforcement from experimentally determined cracking.     

静水压力对触变挤压Csf/AZ91D复合材料变形及纤维取向的影响

在触变挤压过程中,通过施加静水压力（即背压）可以有效地控制纤维取向,从而改善短纤维增强复合材料的机械性能。本文试验研究了有、无背压情况下Csf/AZ91D复合材料触变挤压过程中变形场及纤维取向变化规律。基于流函数法获得了Csf/AZ91D复合材料触变挤压过程中的等效应变速率,结合图像处理技术,对挤压后纤维取向角度度进行了统计分析,探讨了背压对塑性变形区尺寸,塑性变形区内应变速率的分布以及纤维取向角度的影响。结果表明,不施加背压情况下,从坯料外壁到心部存在明显的等效应变速率梯度,在相同位置,纤维取向角度与等效应变速率几乎成正比关系,而施加背压提高了坯料充填模具外侧拐角的能力,使得坯料横截面上等效应变速率梯度变小,分布更加均匀,纤维取向角度也更加一致。研究结果对于调控Csf/AZ91D复合材料的塑性变形具有重要的指导意义。     

基于电机挤出沉积的多喷头生物3D打印系统

3D打印载药组织工程骨支架正朝着多材质方向发展。针对多材质支架打印过程中出现的多喷头切换时产生的喷头干涉碰撞、共点打印以及流涎现象,对电机挤出式打印喷头的切换装置、多材质打印路径及多喷头打印控制进行研究,提出基于电机挤出沉积的多喷头打印系统及多喷头控制方法。使用花瓣形喷头切换机构实现多材质的切换,设计多喷头切换的路径规划方法及上位机控制程序,最后以羟基磷灰石和聚乙烯醇的混合材料在多喷头生物3D打印系统上进行打印测试。研究结果表明：该系统能实现多喷头的协调打印、共点打印,解决了打印过程中喷头切换时产生的干涉碰撞和流涎现象,为仿生载药组织工程骨支架的梯度打印提供了参考。     

Research on Properties of Carbon Fiber/Epoxy Resin Composite Material by Microwave Curing

Microwave irradiation was used to reduce the curing time of carbon fiber/epoxy resin composite material.The properties of carbon fiber/epoxy resin composite material under microwave curing were investigated by thermogravimetry(TG),dynamic mechanical analysis(DMA),impact strength test and scanning electron microscope(SEM).The results show that composite materials patch have high thermal stability after microwave curing.The initial degradation temperature is 330.9℃,the maximum thermal decomposition rate is at 368.1℃.When the layer of composite materials patchis 4 layers,the dynamic mechanical properties are the best after microwave curing.The initial storage modulus is 43.2 GPa,increased 28.3 GPa and 27.1 GPa than 3 layers and 5 layers,the glass transition temperature(Tg)is 67.48℃,increased about 12 ℃than 3 layers and 5 layers.Microwave curing can significantly improve the infiltration capacity of epoxy resin,enhance interfacial bonding,and increase the impact strength of composite patch.Under microwave curing,the impact strength of 3,4,5-layers composite material patches increases 35.9%,6.4% and 15.1%,respectively than heating curing.The SEM analysis of impact fracture surface shows that microwave curing can improve the interface of carbon fiber and epoxy resin.     

碳纤维复合材料在笔记本电脑外壳上的应用

介绍了短碳纤维增强复合塑料、热固性连续性碳纤维复合板材、热塑性连续性碳纤维复合板材、碳纤维复合薄膜等4种碳纤维复合材料在笔记本电脑外壳上的应用,并作出了展望。碳纤维与工程塑料、环氧树脂、PMMA等树脂复合后制备的笔记本电脑外壳,在同等强度条件下,相比传统工程塑料制备的笔记本电脑外壳,厚度可减薄50%~60%,重量减轻40%~50%,而且拥有良好的耐候性和耐腐蚀性。指出碳纤维复合材料研究的快速发展将会推动笔记本电脑市场的巨大变革,使笔记本电脑向着"更轻、更薄、更强"方向快速发展。