含能材料3D打印系统及控制技术研究

针对含能材料液体3D打印的特点,搭建含能材料增材制造系统,设计了可根据需要变换喷出直径的喷头,并采用新型的气压方式控制含能材料的挤出速度,使气压大小与喷头直径相配合.该方法能有效保证含能材料打印的安全性.针对打印线不容易测量问题,提出基于视觉图像处理的打印线宽度测量方法,并在此基础上进行了乳化炸药类似物的打印试验,打印的模型各层黏结良好且基本符合形状要求,该系统用于液体增材制造可行.     

一种光固化3DP实体材料树脂

为研究紫外光固化三维打印(3DP)的成形技术及成形材料,制备了一种实体材料光敏树脂。使用实时傅立叶红外光固化实验研究了这种实体材料中主要成分在室温和55℃时的光固化速度;考察了黏度、表面张力及工作温度对实体材料可打印性的影响;在喷头为XAAR500的三维打印实验机上,测试了实体材料的打印稳定性和成形精度。结果表明,这种实体材料在55℃时可持续稳定地从喷头喷出,光固化速率和精度符合要求。     

粉体粒径对数字光处理3D打印金刚石复合材料性能的影响

基于数字光处理(Digital light processing,DLP) 3D打印技术的成型原理,系统探索了含不同粒径金刚石粉体的金刚石树脂浆料的流变性能、固化特性以及所制备的金刚石-树脂复合材料的力学性能。研究结果表明:增大粉体粒径可以降低颗粒的比表面积与表面能量,有效减小金刚石树脂浆料的粘度,在打印成型过程中有利于提高浆料的流动性;结合Beer-Lambert模型方程可知,在相同的曝光能量下,粉体粒径越大,对应金刚石浆料的固化深度越大,在打印过程中可以提供更高的层间结合强度,但是扩展固化宽度增大,导致成型精度降低。金刚石-树脂复合材料的力学性能测试结果表明增大粉体的粒径对复合材料的邵氏硬度没有显著的影响,但是有利于提高复合材料的抗弯强度和弹性模量。本研究通过光固化3D打印技术制备了含不同粒径金刚石粉体的金刚石-树脂复合材料,可为未来光固化树脂结合剂金刚石工具的成型制备提供实验基础。     

双固化3D打印弹性体光敏树脂的制备与性能

采用双固化体系设计,合成制备了两步固化可3D打印弹性体的光敏树脂。使用甲乙酮肟对聚氨酯预聚体进行封端,并通过红外光谱和差示扫描量热分析确定其对应的最佳解封温度为120℃;采用不同的丙烯酸酯类稀释剂配制光固化P树脂部分,与封闭聚氨酯预聚体及扩链剂组成的T树脂配制了双固化体系光固化3D打印树脂,采用平板流变仪确定了其打印温度应控制在30～35℃;对固化后的样品进行力学性能测试,发现当稀释剂采用玻璃化转变点高的稀释单体时,制备样品力学性能最好,接近于浇筑聚氨酯弹性体,在室温能保持良好的弹性。     

光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷支架的研究进展

磷酸钙基生物陶瓷多孔支架是临床中实现骨缺损再生修复的常用骨移植物。光固化3D打印技术以其优异的打印精度和复杂结构成形特性能够精确地控制支架孔尺寸、孔形状、孔连通率,在制备生物陶瓷多孔支架领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用光固化3D打印技术制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架仍面临亟需克服的挑战,如缺乏性能优异的磷酸钙基陶瓷打印浆料、打印及后处理工艺不成熟、制备的磷酸钙基陶瓷多孔支架的性能还有待提升。本文首先介绍了几种常用的光固化3D打印技术基本原理与特征,然后从3D打印成形工艺、力学性能、生物活性、支架结构及功能化等方面系统探讨了光固化3D打印技术在制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架领域的研究进展及存在的问题,最后展望了光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷多孔支架的发展趋势和突破点,为利用光固化3D打印技术制备成本低、综合性能优异的磷酸钙基生物陶瓷多孔支架提供参考。     

紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷的制备及在3D打印材料中的应用研究

3D打印材料近年来备受关注。通过对硅氧烷树脂进行化学改性,引入钛元素和硼元素,制得紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷新型复合材料。采用傅里叶红外光谱进行结构分析,考察了产品的UV光固化转化率、涂膜性能等。对以紫外光固化钛掺杂含硼硅氧烷树脂为底物,考察了在3D打印材料中的性能。与同类产品比较,柔韧性和耐热性更高,固体收缩率更小。     

非氧化物陶瓷光固化增材制造研究进展及展望

目前光固化3D打印技术因打印成型精度高而被广泛应用于陶瓷增材制造, 其中非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅等因打印材料粉体折射率和吸光度比较高, 光固化陶瓷浆料存在分散稳定性差、入射光难穿透并产生光固化反应的固化层厚度低等问题, 导致其固含量很难提高甚至于无法打印成型。高固含量的非氧化物陶瓷打印成型成为光固化3D打印的主要难点, 吸引了广大学者对其光固化机理、粉体调控等机制进行研究。本文系统地总结了几种非氧化物陶瓷光固化浆料的制备、光固化成型、有机物去除及烧结致密化的研究工作, 并就如何对光敏树脂组成进行调节、对陶瓷粉体进行改性的几种方法进行分析与讨论, 针对性地提出创新方案来改善非氧化物陶瓷的浆料性能、光固化打印优化和致密化缺陷修复及性能提升, 最终推动大尺寸、复杂结构的非氧化物陶瓷部件光固化增材制造高精度制备技术的进步。     

应用于紫外DLP-3D打印系统的低体积收缩率和高固化速度的光敏树脂研究

在基于数字光处理(DLP)技术的3D打印过程中,紫外波段光敏树脂的光固化性能将直接影响工件的打印精度、速度和形貌。选用改性双酚A型环氧丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯作为低聚物,配合三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA)和乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸(TMPEO3TA)作为稀释剂和自由基-阳离子杂化体系作为光引发剂,配置了面向405 nm波段的DLP-3D打印系统的混杂型光敏树脂。研究结果表明,所制备的光敏树脂的体积收缩率控制在2.3%内,室温下的粘度为244 MPa·s,固化速度缩短到0.063 mm/s。相比较于其它国内外光敏树脂,该树脂整体表现出优良的力学性能。在此基础上,通过在树脂中掺杂1%左右的纳米ZnO颗粒助料,材料的力学性能得到进一步改善,体积收缩率降低至2.1%。这一混杂型光敏树脂将可有望应用于对精度要求较高的光电子器件的DLP-3D打印中。     

混杂光固化3D打印树脂固化动力学性能

以环氧树脂(EPON828)和聚氨酯丙烯酸酯(RJ429)为基础树脂,采用自由基-阳离子混杂光固化体系来制备可用于3D打印的混杂光固化树脂,研究固化过程中自由基和阳离子光引发剂的种类、质量配比和加入量对光固化树脂固化动力学及其力学性能与成型精度的影响。结果表明:阳离子光引发剂Gencure 842和自由基光引发剂Doracur 1173为最佳复配引发剂,最佳质量比为0.75∶1,最优加入量为6.0%(质量分数);环氧树脂828和聚氨酯丙烯酸酯429的最佳质量比为1∶1,混杂光固化树脂的黏度为50.5Pa·s;光固化制品的拉伸强度和冲击强度分别为6.60MPa和8.28kJ·m~(-2),体积收缩率和翘曲度分别为-3.986%和3.62%,满足3D打印光敏树脂的成型要求。     

基于多喷头并联的3D打印机控制系统的研究

针对现有的单喷头3D打印机在打印大体积模型或零件时打印时间长、打印精度低等问题,提出了一种基于多喷头并联的3D打印机控制系统的设计方法,实现在模型切片平面的多轨迹并联打印。设计了光固化树脂并联打印喷头;采用主从式系统结构,以双STM32F407ZGT为核心、双PCL6045BL和CPLD（complex programable logic device,复杂可编程逻辑器件）为控制终端,搭建了一套双CPU （central processing unit,中央处理单元）的嵌入式3D打印机硬件控制系统;基于喷头切向跟踪原理和等间距打印原则,推导了二轴-四轴插补数据转换算法,实现了“二轴”轨迹数据到“四轴”插补加工数据的转换;设计了并联打印数据预处理程序、并联打印控制程序和并联打印脉冲输出控制程序以实现多轨迹并联打印控制;进行了控制系统的实验测试,对比了多喷头并联与单喷头3D打印机的实际打印效果。结果表明：与传统的单喷头打印方式相比,采用多喷头并联打印方式可以显著提高打印效率和打印精度,且打印质量较好。研究结果为大体积打印件的快速加工成型提供了一种切实可行的解决方案,具有一定的实用价值。     

光敏树脂和光固化3D打印技术的发展及应用

3D打印技术是近些年迅猛发展的一种快速制造技术,光固化3D打印技术及光敏树脂为3D打印中最为成熟的部分。介绍了光敏树脂的组成及各组分的作用,简述了几类光固化技术,并概述了光敏树脂及光固化3D打印技术的研究进展和应用,最后指出光固化3D打印技术正朝着材料多样化、高精度、高速率的方向迅速发展。     

环氧树脂基固体浮力材料的制备及性能研究

实验采用低密度空心玻璃微珠(HGMS)填充脂环族环氧树脂E-4221制备固体浮力材料。讨论了环氧树脂E-4221体系的固化工艺制度和树脂体系配方对固化环氧树脂材料强度的影响,测得固化树脂产物压缩强度范围值100～150 MPa。分析了树脂配方以及玻璃微珠体积含量对最终固体浮力材料性能的影响,通过优化条件制备出抗压强度在40～70 MPa之间,密度范围在0.5～0.7 g/cm3,吸水率低于0.2%的固体浮力材料,最后对浮力材料的压缩断面做了简要分析。     

核用氧化锆耐火材料光固化增材制造工艺及性能研究

目的 为提高精密铸造效率，缩短制模周期，利用光固化增材制造技术制备适合活泼金属铸造用的ZrO2陶瓷模具。方法 将光敏树脂与纳米级ZrO2陶瓷粉体混合得到具有光固化性能的陶瓷浆料，采用数字光投影增材制造设备对陶瓷浆料进行逐层曝光，揭示不同固含量对陶瓷浆料固化性能的影响规律;利用光固化3D打印制备ZrO2陶瓷生坯，经过干燥、脱脂和烧结处理，获得所需陶瓷样件，并对成型后的ZrO2陶瓷进行微观组织表征、力学性能(压缩和弯曲)和抗热震性能测试。结果 在相同固化强度的基础上，随着ZrO2陶瓷浆料固含量的增加，固化深度逐渐减小，固化宽度无明显变化。光强度越高，固化深度和宽度均越大。选用固含量(体积分数)为50%的陶瓷浆料，在紫外光波长405 nm、光强度25 mW/cm²、曝光时间2 000 ms、层厚30 μm的工艺条件下制备ZrO2陶瓷生坯，经过最高温度450 ℃脱脂和最高温度1 525 ℃烧结处理，获得了无变形和开裂的ZrO2陶瓷样件。陶瓷的压缩和弯曲强度分别达到2 943、833 MPa，与等静压工艺制备的陶瓷强度相当，优于其他3D打印工艺制备的陶瓷产品。光固化3D打印ZrO2陶瓷在800 ℃下热震10次和1 400 ℃下热震5次后才开始出现局部细小裂纹，满足核冶金铸造使用要求。结论 利用光固化3D打印技术可制备致密度大、强度高、抗热震性能良好的陶瓷模具，是一种工艺简单、效率高的新型陶瓷加工工艺，在核工业领域具有重要的应用前景。     

单体对 UV-LED 喷墨油墨性能影响的研究

目的研究单体对UV-LED喷墨油墨性能的影响并改善油墨性能。方法选用不同单体分别制备油墨样品,测试色浆的分散性及油墨的黏度、表面张力、双键转换率、柔韧性和附着力,并采用配方实验方法设计复合单体配方,得到油墨综合性能最佳时混合单体的比例。结果色浆配方中复合单体最优质量比为mNPGDA∶mTMPTA=0.54∶0.46时,色浆分散性最优;油墨配方中复合单体的最优质量比为mTPGDA∶mTMPTA=0.61∶0.39时,油墨综合性能最优。结论单体对UV-LED喷墨油墨的分散性及固化速度有显著影响,对油墨固化后成膜性能影响也较大。     

羧基丙烯酸树脂3D打印粉末材料的制备及分析

以甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸丁酯(BA)为原料,通过溶液聚合法制备羧基丙烯酸树脂,再以其作为3D打印粉末材料,并以稀碱溶液作为粘接溶液,经3D打印制备实体成品。分别考察了MAA用量、树脂相对分子质量以及粉末材料配方对3D打印成品性能的影响规律,确定了树脂最优合成工艺与粉末材最优配比。最优条件下,3D打印成品的弯曲强度为9.4MPa、抗压强度为26.7MPa,满足不同的应用需求。     

薄膜电极3D打印设备的设计与实现

以黏稠状液体为打印材料,采用挤压式3D打印方式制造薄膜电极,搭建了适合薄膜电极打印的3D打印平台.选用可灵活更换针头型号的针筒来储存3D打印材料.设计了打印机机械结构、喷头和气动控制部分.通过试验确定材料的最佳配比,研究了针头在不同压力和起始高度下打印的效果.通过优化工艺参数进行热电池薄膜电极的成形试验,并采用光学显微镜对其打印表面进行了观测.结果表明,打印的薄膜可以很好地黏结在泡沫镍网上,所设计3D打印设备可用于制造薄膜电极.     

一种适用于高精度打印装置的紫外光固化墨水

在紫外光固化墨水中添加烯属酰胺类化合物，制得的紫外光固化墨水具有更小的粘度和更好的固化性能。实验测试结果表明该墨水的粘度在2-7eps之间，用于喷头精度为1440×1440dpi的打印装置时，能够流畅的从喷头中喷出，打印流畅性极佳，本研究制备的紫外光固化墨水可用于高精度uv打印装置。     

光固化3D打印陶瓷浆料及流变性研究进展EI北大核心CSCD

基于光固化技术原理的陶瓷3D打印因可制备尺寸精度高、表面光洁度好、显微结构均匀和力学性能优异的复杂结构陶瓷零件而备受关注,是实现高性能陶瓷零件增材制造的重要技术手段之一。该技术的核心是制备同时具有高固含量和良好打印适性要求的陶瓷浆料,其组成对固化效果和打印进程有着至关重要的影响。本文综述了立体光固化(stereolithography,SL)和数字光处理(digital light processing,DLP)两种主流光固化3D打印方法用于光固化陶瓷打印的技术方案和工作原理,比较了两者的优缺点。围绕近年来在陶瓷浆料领域的研究工作,讨论了单体/低聚物和稀释剂、分散剂、陶瓷颗粒物理性质以及固含量等对黏度、剪切稀化/增稠行为、黏弹性、屈服应力等流变行为的影响,并提出了光固化3D打印陶瓷浆料的主要发展趋势和面临的挑战,为构建高固含量光固化3D打印陶瓷浆料提供了一般性指导原则。     

UV固化水性聚氨酯基油墨的制备

将季戊四醇三丙烯酸酯引入聚氨酯预聚体的末端,制备了新型可UV固化的水性聚氨酯树脂,并以其为连接料,制备了UV固化水性凹印油墨,研究了DMPA质量分数对UV固化水性聚氨酯乳液性能的影响及UV固化水性凹印油墨的性能。结果表明,随着DMPA质量分数的增加,乳液的颜色由乳白不透明逐渐转变为半透明泛蓝光,稳定性能增强,粒径不断减小,固含量随之增加,综合考虑,确定适宜的DMPA质量分数为6.25%;制得的UV固化水性凹印油墨符合国家标准的水性烟包凹印油墨的性能要求,基本能够满足实际使用过程中印刷适性的要求。     

光固化导电喷墨油墨的固化过程和导电性能

为了满足目前精细电路板制作的需要,研制了一种含纳米银的光固化导电油墨,并研究了纳米银对双重固化和电导率的影响。通过将均一分散的纳米银溶液与光固化树脂、光引发剂和热引发剂混合来配制油墨。固化过程包括光固化和热固化两步。纳米银粉的添加量以及热处理的条件对电子率都有影响。结果表明:纳米银粉为固含量的70%时制得的导电油墨在200℃下处理5min,电阻率可达5×10-6Ω·cm。