3D打印塑胶芯盒在铁路铸钢件中的应用

采用SLS、SLA、FDM及机加工4种工艺,选取了尼龙、光敏树脂、PLA及ABS等4种材质,制备了4种材质的铁路货车侧架字码,并进行了小批量制芯试验,以验证3D打印塑胶芯盒在铁路铸钢件中应用的适用性。结果表明,4种材质芯盒的强度、耐磨性能等满足铸造砂芯生产的要求,3D打印光敏树脂芯盒尺寸精度及表面粗糙度较高,具有加工效率高、制件精度高、成本低、便于修模及结构更改、模具质量轻等诸多优势,适宜于铸钢件的试制及小批量生产。     

基于熔融沉积技术的燃机叶片快速熔模铸造工艺优化研究

针对熔融沉积技术应用于熔模铸造燃机叶片时存在的因材料熔融膨胀流动而导致型壳胀裂、表面品质和尺寸精度难以保证等问题,分别进行了3D打印ABS材质的实心、空心叶片模样用于熔模铸造的实验,研究了熔模铸造过程中的蜡质浇注系统设计、涂挂工艺参数、脱蜡和脱ABS材料工艺流程优化技术。通过对铸件尺寸精度的检测表明,ABS材质空心叶片模样的铸件产品尺寸精度优于实心叶片产品。     

FDM技术在熔模铸造生产中的运用

ProCAST模拟软件和3D打印技术可以用于熔模铸造新产品开发,有效改善成本高、周期长的现状。首先,采用UG软件建立零件和浇注系统三维模型,运用ProCAST软件对零件的工艺方案进行模拟;其次,采用FDM成型工艺ABS材质打印零件模型,并将ABS模型和蜡质浇注系统组树;最后,通过熔模铸造制壳、脱蜡、焙烧、浇注等流程制备铸件,用三坐标测量仪和粗超度仪检测铸件。结果表明,该工艺铸件尺寸精度达到CT6,表面粗糙度低于Ra6.8μm以下。     

3D打印镂空结构缺陷X射线CT检测

3D打印镂空结构在减重方面具有重要的工程意义. 基于X射线CT成像检测技术，文中研究了光敏树脂材料3D打印镂空结构缺陷的识别及定量化检测问题. 通过研究X射线管电压及管电流对CT成像信噪比、清晰度及对比度的影响，获取了优化的检测工艺参数；在获取的CT图像中对缺陷尺寸进行了无损测量，采用破坏性试验进行了验证，并分析了测量误差. 结果表明，采用优化的检测参数能有效提升检测灵敏度及检测精度，文中试验条件下可有效识别直径0.1 mm的气孔，缺陷尺寸测量平均相对误差不超16%.     

基于光敏树脂材料的3D打印首饰模型铸造工艺设计

为提高基于光敏树脂材料的首饰3D打印模型铸造品质,依据光敏树脂材料的燃烧特性以拟定铸造工艺。采取硼酸作为强化添加剂改善专业树脂铸造铸粉性能,制定相应的快速升温与高温焙烧制度。并采取铸型600℃高温入炉与铸造前增加吸尘清理的工序环节。通过工艺设计的改良提高了铸件表面品质。     

3D打印材料的研究与应用

3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术,正在深刻地改变着传统的生产方式和生产工艺。其独特的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”必将在制造业掀起一场革命。当前可用于3D打印的材料已超过200种,其中金属材料(钛合金、不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金、金)、高分子材料(ABS、PA和光敏树脂UV)、陶瓷、复合材料及生物材料等为最常见的3D打印材料。3D打印技术在生物医疗、智能制造、食品、航空航天、海军舰艇、核电、模具、汽车制造业、土木建筑、轨道交通、功能性纺织品、激光3D打印玻璃、考古文物、教育行业、珠宝、鞋类、工业设计、地理信息系统、枪支以及其他领域都有所应用。本文概述了3D打印技术和材料类型,对国内外研究现状进行了介绍,对3D打印材料和技术的应用进展进行了综述。     

3D打印技术在缸体铸件生产上的应用

介绍了缸体铸件的结构及技术要求,详细阐述了3D打印树脂砂型的工艺及铸造工艺,生产结果显示:铸件的尺寸精度达到8级,铸件内腔的砂子易清理,表面质量比用现有的树脂砂产品好,对铸件进行PT检测后,铸件未发现任何缺陷,得出以下结论:采用3D打印树脂砂型进行浇注的方法所得到的铸件质量要优于传统通过模具制造砂型进行浇注获得的铸件,充分证明了3D打印技术在复杂铸件的铸造过程中的优势,对于铸造企业转型升级及产品创新有着较大的现实意义。     

三维光学扫描技术在3D打印中的应用

采用先进的三维光学扫描技术,借助计算机软件对SLS打印的缸盖上水夹层砂芯进行三维数字化全尺寸扫描,检测分析了SLS打印砂芯尺寸精度及尺寸变化规律。检测结果显示:上水夹层砂芯不满足打印设备精度要求,需要改进打印工艺。根据三维光学扫描检测分析结果明确了3D打印工艺调整方向,改进了工艺打印的缸盖上水夹层砂芯,经过三维光学扫描检测,砂芯尺寸精度得到了有效地提高。通过对三维光学扫描技术在3D打印中的应用研究,对SLS打印砂芯精度检测提供了一种更为准确直观的测量方法,三维光学扫描检测结果作为SLS打印工艺参数调整依据,为SLS打印出合格的砂芯奠定基础。     

基于砂型3D打印技术的铝合金异形联通管铸造实践

针对铝合金异形联通管难分型,砂芯难设计制造的特点,采用砂型3D打印技术铸造工艺方案设计,实现快速无模制造。采用这种砂型3D打印技术可以实现快速无模生产,能提高尺寸精度,缩短生产周期,降低新产品开发费用,为类似零件成形提供参考依据。     

3D打印制备各向异性超疏水功能表面的定向输送性能

目的 在光敏树脂基底上制备各向异性超疏水功能表面，实现液滴的定向输送。方法 采用光固化逐层成形3D打印法，在样品基底上制备具有不同形状和结构尺寸的超疏水结构阵列。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析，对样品的表面形貌与化学成分变化进行表征。采用接触角检测系统、高速摄像机，通过液滴弹跳、各向异性润湿性与定向输送实验，分析与评价不同阵列表面的超疏水性能、各向异性润湿程度以及定向输送行为。结果 液滴弹跳实验结果表明，液滴可在正方体及交错长方体阵列表面形成饼状弹跳，且后者超疏水性能最佳。各向异性润湿性实验结果表明，在圆柱体阵列中，各向异性润湿性程度随相邻圆柱体高度差Δh的增大而趋于显著，且Δh=1 mm时，各向异性润湿性最为显著；在长方体阵列中，长方体宽度w1及相邻长方体间距sp1对各向异性润湿性程度均有一定影响，w1=0.3 mm、sp1=1 mm时，各向异性润湿性最为显著。定向输送实验结果表明，Δh=1 mm的圆柱体阵列及w2=0.7 mm、sp2=0.7 mm的长方体阵列的定向输送性能最佳，液滴可按照设计的路线精准流动。结论 3D打印所制备的光敏树脂基功能表面的超疏水性能、各向异性润湿程度以及定向输送行为由其表面形貌和结构尺寸所决定，所制备的样品可实现液滴的精准定向输送。     

3D打印铝合金材料的摩擦学性能

为测试高速传动件上3D打印铝合金材料的耐磨性能,对3D打印铝合金(EOS:Al Si10Mg)与铸造铝合金(ZL1104T6:ZAl Si9Mg)进行性能对比测试。采用光学显微镜、电子扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计、高温摩擦磨损试验机等对两种材料进行微观组织分析,硬度测量,摩擦磨损值测定。结果表明,3D打印铝合金其微观组织下晶粒更精细,并且各合金元素分布均匀性更好;3D打印铝合金硬度平均值略高于ZL1104 T6;3D打印铝合金的摩擦因数曲线更平滑,摩擦因数平均值及磨损失重率均小于ZL1104 T6,证明在相同的摩擦磨损条件下,3D打印铝合金表现出良好的耐磨性。     

3D打印技术在创客机器人轻量化中的应用研究

针对6061铝合金车身和科技横梁积木制作的创客机器人运动不稳定问题,使用3D打印轻量化技术制造创客机器人车身,减轻了其质量、优化了其结构、改进了其性能。通过有限元分析仿真6061铝合金车身和3D打印轻量化车身的总体刚度,通过对比验证了3D打印创客机器人车身的刚度满足要求。基于FDM打印原理和设置最优切片参数3D打印了创客机器人车身,进行了轻量化效果分析和不同填充率下弹性模量的研究,解决了创客机器人运动不稳定的问题。     

电子束3D打印模型处理对钛合金零件成形精度的影响

模型处理是影响3D打印钛合金零件成形精度的关键因素之一。以电子束3D打印几种典型形状TC4钛合金零件为研究对象,通过对成形零件进行精度检测,分析其在模型处理过程中引起误差的来源,提出了几项改进措施:对于圆柱体轴类零件,将模型精度设置提高到0.02 mm,可有效提高零件的成形精度;对于点阵多孔零件,提高STL数据的精度并优化切层算法,保持切层前后模型原貌是解决该问题的途径;对于针状细圆柱零件,将相同零件按照同一方向摆放,可以减少摆放角度对偏差的随机性影响;对于异形件,应在满足成形精度的前提下合理布局并减少支撑;对于薄壁零件,增加支撑密度能够有效提高零件悬空部分的成形精度。     

Development of an innovative,high speed,large-scaled,and affordable metal additive manufacturing process

This paper introduces a new additive manufacturing (AM) process which significantly improves the productivity of the current metal AM technologies by combining binder jet printing and stereolithography principles. Three dimensional objects can be printed on a powder bed system where photopolymerization takes place by selectively curing the suspensions containing metallic powder and ultraviolet curable resin in a layer-by-layer fashion. Integration of a digital light projection module allows a high-speed production with dimensional accuracy within 100 µm. Printed parts are sintered at appropriate temperatures to attain metal parts with the final density above 97% and homogenous microstructure without residual stress.     

增材制造用高流动性铝合金粉末制备技术研究

采用自主开发的旋转盘离心雾化实验装置进行雾化制备增材制造用铝合金粉末实验研究,通过开展雾化盘实验研究优选出粒度分布较均匀收得率较好的盘形,并获得其结构和工艺参数的影响规律;通过对制得的铝合金粉末性能和3D打印成型件物理性能进行检测。结果表明:离心雾化制备的铝合金粉末具有高流动性、窄粒度、高球形度、高松比,表面光洁无卫星粉,无空心粉等特点,同时3D打印离心雾化样件熔覆道均匀,孔洞缺陷少,致密度和力学性能明显优于气雾化样件,尤其是抗拉强度和屈服强达到495和320 MPa,相比气雾化粉打印样件提高近10%。     

Binder jetting 3D printing process optimization for rapid casting of green parts with high tensile strength

Binder jetting 3D printing is a rapid, cost effective, and efficient moulding/core making process, which can be applied to a large variety of materials. However, it exhibits a relatively low green-part strength. This may cause the collapse of the printed parts during de-caking and the pick-up procedure, especially in the case of small-scale structures, such as thin walls, tips, and channels. In this work, polyvinyl alcohol (PVA) was used as the additive in coated sand powder. By exploiting the binding effect between the two composites (thermoplastic phenolic resin and PVA) triggered by the binder, bonding necks firmly form among the sand particles, improving the green-part strength of the coated sand printed parts. Experiments based on the Taguchi method were used to investigate the relationship between the process parameters and the green-part tensile strength. The following set of optimal process parameters was identified:50wt.% alcoholicity of the binder, 75% binder saturation, 0.36 mm layer thickness and 4.5wt.% PVA content. Further, the effect of such parameters on the green-part tensile strength was determined via statistical analysis. The green part of an engine cylinder head sand pattern with complex cavity structures was printed, and the green-part tensile strength reached 2.31 MPa. Moreover, the ZL301 aluminum alloy impeller shape casting was prepared using sand molds printed with the optimal process parameters. The results confirm that the proposed binder jetting 3D printing process can guarantee the integrity of the printed green parts and of small-size structures during decaking and the pick-up procedure. Furthermore, the casting made from the printed sand molds exhibits a relatively high quality.     

面向工业设计的塑料表面铝涂层的结合强度

目的采用电弧喷涂方法在环氧树脂和ABS塑料表面喷涂铝涂层,研究涂层结合强度的影响因素。方法第一组试验是塑料表面喷砂后,喷涂铝涂层;第二组是塑料表面喷砂后,涂覆一层高强度环氧树脂结构胶,再喷涂铝涂层。选择喷涂气体压力、喷涂电流和喷涂距离三因素进行正交试验,采用粘结拉伸法测试结合强度,并用照相法测量铝液和环氧树脂塑料、Q235钢的接触角。结果本试验条件下,二种塑料电弧喷涂铝涂层结合强度的影响因素主次顺序为:空气压力喷涂电流喷涂距离。最优方案是:喷涂气体压力为0.7 MPa,喷涂电流为220 A,喷涂距离为160 mm。未涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度最大不超过3 MPa;涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度达到近20 MPa。铝液和Q235钢的接触角是45°,和环氧树脂塑料的接触角是135°。结论环氧树脂和ABS塑料表面电弧喷涂铝涂层的结合强度低的主要原因是铝液和它们之间的润湿性差。涂覆高强度环氧树脂结构胶后,喷涂工艺参数对涂层的结合强度影响不明显,结合强度受控于环氧树脂结构胶的粘接作用,使涂层的结合强度显著提高。     

Effect of gel time of 3D sand printing binder system on quality of sand mold/core

Two important factors affecting the performance of sand mold/core generated by 3D printing (3DP) are strength and dimensional accuracy,which are not only closely related to the reactivity of furan resin and the phase transition of silica sand,but also the curing agent system of furan resin.This paper studies the influence of gel time on the strength and dimensional accuracy of a 3DP sand mold/core,taking the furan resin system as an example and using a sand specimen generated by a 3DP inkjet molding machine.The experiment demonstrates that the gel time of 3 to 6 min for the sand mixture suits 3DP core-making most under the experimental condition.However,it should be noted that under the same resin condition,the strength of a no-bake sand mold/core is higher than that of a 3DP sand mold/core.The dimensional accuracy of the sand mold/core does not change significantly when the gel time is less than 15 min.Improving the activity of binder and developing ultra-strong acid with low corrosion shall be an effective way to improve the quality of the mold/core by 3D printing.