4D打印功能构件的热致变形模式分析与变形设计研究

4D打印通过材料和结构的设计将非线性的控制逻辑打印在材料中,制备可以在温度、磁场、紫外线等激励下发生几何结构、功能、性能等可控转变的功能构件。以双层结构的功能构件为研究对象,通过对温度激励下功能构件基体相和增强相的热膨胀进行分析,研究了4D打印功能构件的热致变形机理,得到了基于形状记忆聚合物纤维排布的功能构件变形模式。在此基础上,分析了功能构件的3D打印工艺参数影响,建立了功能构件热致变形的近似解析模型。采用偏最小二乘法拟合了弯曲和螺旋变形的功能构件热致变形等效模型,通过4D打印的功能构件试件的变形特征与模型计算对比,验证了所拟合的等效模型的正确性。最后,设计并4D打印制备了自变形盒型功能构件和自组装螺旋连接功能构件,验证了功能构件形状、功能和特性的设计和可控编辑,对设计4D打印的功能构件具有指导意义。     

面向4D打印双层结构自弯曲的变形激励源布局设计

自弯曲作为4D打印的主要变形形式,近年来受到广大研究者的关注。目前针对4D打印结构自弯曲变形的研究主要以试验为主,即通过大量试验指导4D打印产品设计。针对这一问题,提出了面向4D打印双层结构自弯曲的变形激励源布局设计方法。将简单双层结构作为复杂结构变形的激励源,仅需对激励源进行试验测试,即可通过理论模拟多激励源驱动下的4D打印结构变形结果,实现4D打印结构自弯曲的模拟仿真。同时,通过激励源布局参数反求思路,可以指导4D打印自弯曲结构产品设计,为4D打印结构设计提供了新的思路。最后,通过试验测试验证了该方法的有效性,并发现相较于激励源间距,激励源数量对结构弯曲有更大影响。通过合理设计激励源数量和间距,能够实现对4D打印双层结构自弯曲变形的控制。     

3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计

针对熔融沉积造型3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起打印精度差等问题,采用热力学分析和结构优化设计,解决3D打印过程中由热量导致喷头热变形引起打印精度差和其本身制造成本高的问题。经过仿真分析和实验与应用,验证了熔融沉积造型3D打印喷头结构的合理性,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。     

4D打印形状记忆聚合物的变形机制与响应方式研究

4D打印技术以3D打印技术为基础,是一种可变特性快速成型技术,能使通过增材制造得到的成型固件在外界激励下发生形状、结构或功能的改变。本文首先通过调研及查阅文献,对4D打印形状记忆聚合物的记忆原理及特性进行综述;其次对5类形状记忆材料进行分析,得出其变形机制;最后对这5类材料的响应方式进行研究和总结,给形状记忆材料的选用提供参考。     

一种机载雷达新型结构设计模式的研究与应用

依据机载雷达结构设计技术特点,探索了一种基于拓扑设计与3D 打印技术的新型机载雷达结构设计模式。针对承载支架(某机载雷达关键结构)的结构设计,对该新型设计模式进行了详细的分析论证,主要包括结构设计要求、拓扑设计流程、力学仿真校核、3D 打印和试验验证等。通过该设计模式的成功应用,承载支架在保证其力学性能的同时,实现了减重35% 的指标要求。该研究可为机载雷达复杂结构和轻量化设计提供设计参考。     

基于4D打印技术的水陆两栖机器人运动功能转换及控制

传统水陆两栖机器人的推进结构通常是将陆上推进结构与水上推进结构进行叠加,导致了现有水陆两栖机器人的机械结构较为复杂,增大了控制的难度。基于4D打印技术设计并制备了一种由轮毂和具有热变形响应性质桨叶结构单元组成的轮桨复合推进结构。该结构可通过热刺激变形响应实现水陆运动功能转换,有效地降低了水陆两栖机器人推进结构的复杂度。此外,还分析了几何参数和输入功率对桨叶结构变形响应速率的影响,实现了桨叶结构的可控变形,从而降低了水陆两栖机器人运动控制的难度。原型机试验结果表明,利用4D打印技术制备的水陆两栖机器人在降低了结构复杂度与控制难度的同时,可以实现水陆运动功能转换及控制。     

3D打印技术的工业应用及产业化发展

首先,对3D打印在零部件形状、材料、层次和功能复杂性等方面的突破进行了介绍,并说明了3D打印对各行各业具有的重要意义;然后,介绍了3D打印技术在工业领域的应用现状,包括3D打印直接整体成形及其与铸造、热等静压、机加工等传统工艺相结合的应用实例;最后,总结了中国3D打印技术在应用时所面临的问题,指出中国3D打印技术的产业化不仅要突破关键技术,还应有完善的指导思想,并需要政策层面的支持.     

3D打印技术在医学领域的应用与展望

首先简单介绍了自生物制造概念提出以来,3D打印技术在医学领域的应用已取得的进展;然后总结和重点介绍了3D打印技术在构建医学模型、人工骨骼,制造生物器官、牙齿、可控释放药物以及整形美容等方面的应用;最后对3D打印技术在医学领域的发展趋势进行了预测。     

4D打印-智能材料的增材制造技术

4D打印是指智能材料的增材制造,智能材料结构在3D打印基础上在外界环境激励下随着时间实现自身的结构变化。4D打印是3D结构打印与智能材料性能的结合。阐述4D打印的基本技术特征,介绍了目前国际上利用增材制造技术制备智能材料的研究发展状况,展示了几种典型应用,给出了在此方面的研究初步进展,并分析了4D打印技术发展的趋势。     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

3D打印技术在机械制造领域中的应用

近年来,3D打印技术因其具有效率快、精度高、成本低、环保强等优点,在医学医疗、航空航天、建筑装饰等领域中得到了非常良好的应用,但在机械制造领域的研究较少.通过系统性地梳理3D打印技术的基本概念和原理,得到3D打印快速成型的基本过程和技术路线,以及其离散和堆积的方法和思路.通过3D打印技术在典型机械零部件中轮毂的应用为例,用Pro/E软件进行三维造型,用某型号3D打印机进行参数设置试验,最终分析并揭示出3D打印技术在机械制造领域中的应用优越性.同时,提出一种机械零部件自由设计理念,该理念为3D打印技术在机械制造领域中拓展新的局面,打下良好基础并形成理论体系.     

4D打印——智能构件的增材制造技术

4D打印技术自2013年提出以来就引起了学术和工业界的广泛关注,它属于智能构件的增材制造技术,是在材料、机械、力学、信息等学科高度交叉融合基础上产生的颠覆性制造技术。讨论了4D打印的概念与内涵;介绍了4D打印在航空航天、汽车、生物医疗和软体机器人等领域的应用前景;阐述了4D打印在智能构件设计、模拟仿真、数据处理与工艺规划、材料、成形工艺与装备和智能构件的功能评测等方面的发展现状以及目前存在的一些问题;提出了关于4D打印的研究思考,最后指出了4D打印的未来发展方向和研究重点。     

基于3D打印技术新型螺杆转子结构设计及分析

利用3D打印技术的成型特点,针对螺杆转子的复杂成型过程及轻量化设计思路,提出了3D打印技术在螺杆转子成型设计中的应用。通过对螺杆转子内部结构设计,采用聚乳酸(PLA)材料熔融堆积的方法,实现了新型蜂窝状空腔螺杆转子实体模型的建立,充分证明了3D打印技术在复杂工件成型过程中的优势,同时为螺杆转子结构优化及轻量化设计提供了新的参考。     

3D打印电子产品技术发展现状探析

应用3D打印技术制造产品具有快速、结构形体复杂度无限制等技术特性,非常适用于电子产品的单件、多品种小批量研制生产,以及采用传统制造方式难以实现的机电结合、结构功能一体的复杂组件的制造,3D打印技术在电子产品制造中的应用研究意义重大.文中在介绍3D打印技术及其在电子产品制造中的应用发展现状的基础上,对3D打印电子产品技术的发展特点、趋势和需求进行了分析,并以3D打印多层PCB技术为例,对其技术发展难点和解决途径进行了探讨.     

聚合物熔体微滴喷射装置设计

针对现有3D打印制造技术对材料种类与形状的限制,结合现有微滴喷射制造技术,设计出了一种由螺杆挤出建压系统,电磁铁驱动的机械冲击系统,加热系统,温控系统和三维移动平台组成的聚合物熔体微滴喷射装置,并介绍了其工作原理。采用PP(聚丙烯)粉料作为熔体微滴喷射装置试验用料,通过调节加热温度,螺杆转速,机械冲击脉冲频率,喷嘴和基台距离等工艺参数和机械参数,实现了均匀可控的熔体输送和熔滴喷射,极大的拓展了传统聚合物3D打印所需材料种类与形状限制。     

一种基于3D打印的水陆两用飞行器的设计

四旋翼飞行器是一种结构新颖,机动性能强,具有垂直起降性能的无人机,3D打印技术现正得到广泛应用,重点研究了基于3D打印技术的四旋翼飞行器的结构设计和应力分析,并对其结构进行优化,实现了水陆起降,远程侦察,实时监控等功能,拓宽了四旋翼飞行器的应用领域。     

多材料零件3D打印技术现状及趋势

多材料零件(也称异质材料零件)由于兼顾控形、控材和控性等优越特性,在航空航天、特种工业、医学工程等领域具有广阔市场应用前景,也日益成为国内外3D打印领域的研究热点。介绍了多材料零件3D打印技术涉及的2个关键问题:多材料零件的建模方法和多材料零件的3D打印成型技术。结合多材料零件3D打印技术的应用与发展趋势,分析了多材料零件3D打印研发过程中亟待解决的关键技术。     

4D打印热塑性聚氨酯/钕铁硼磁性复合材料成形工艺与性能研究

传统的3D打印技术逐渐无法满足高端制造领域对构件的要求,材料-结构-功能一体化增材制造即4D打印技术将是新的发展方向。为此,选取热塑性聚氨酯(TPU)/钕铁硼(NdFeB)磁性复合材料体系,采用激光选区烧结(Selective laser sintering,SLS)工艺成形具有不同Nd FeB含量的复合材料成形件,研究了复合粉末的粒度及其分布、微观形貌、成形前后化学基团演变,成形件晶体结构、力学性能及变形行为,结果表明Nd Fe B含量会影响复合材料成形件的力学性能和变形行为,增加Nd Fe B含量能够增大成形件在磁场中受到的作用力;当Nd Fe B含量在复合材料中质量分数为30%时,复合材料成形件拥有最佳的拉伸强度。本研究将TPU/NdFeB复合材料体系作为一种创新的4D打印材料,成形的磁性智能构件在磁场中发生变形,实现了磁场驱动的4D打印,对4D打印磁性智能构件的发展具有指导意义。     

软体机器人3D打印制造技术研究综述

基于弹性、软质材料的软体机器人变形能力强、人-机-环境共融性好,在工业、医疗、家庭服务等众多领域具有良好的应用前景.软体机器人是本体、驱动、感知等高度集成的新型机电一体化智能系统.软体机器人呈现的诸多新特征给机器人领域的制造、驱动、建模、感知及控制等技术带来了全新的挑战.软质材料3D打印技术与装备的快速发展为软体机器人制造实现提供了有力支撑.首先,介绍了主流软质材料3D打印技术的基本原理与特点,包括熔融沉积成形、直接墨水书写、喷墨打印、光固化成型和选择性激光烧结3D打印技术.然后,针对软体机器人一体化制造发展需求,介绍了多材料3D打印、4D打印、嵌入式3D打印等前沿技术.最后,介绍和分析了国内外基于3D打印技术的软体驱动器和柔性传感器经典案例,结合控制-传感-驱动一体化的类生物结构软体机器人发展需求,预测了未来3D打印技术主要发展趋势与技术挑战.     

3D打印在电网设备结构设计与制造中的应用概述

介绍了电网设备设计的结构快速原型、拓扑优化和逆向建模等设计输出的特点和制造需求,阐述了3D打印在电网设备制造中的工艺可行性和经济可行性,指出了现有打印技术存在打印精度与电气性能、打印价格及速度与规模化制造之间的问题,提出了适用于电网设备结构设计制造的打印尺度两极化、高性能打印材料、打印环境适应性和打印系统智能化等4点3D打印关键技术需求,明确了面向电网设备设计制造的3D打印技术发展方向。