电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具

提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形；研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响；优化实验参数，制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板，模板线宽为61.25 μm，高度为44.13 μm；结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件，并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。     

电场驱动熔融喷射微尺度3D打印微结构

提出了一种基于电场驱动喷射沉积3D打印的新方法来加工高分辨率结构,结合数值模拟与实验研究,揭示了其成形原理与喷射规律。通过优化工艺参数,使用内径250μm的喷嘴,在玻璃衬底上打印出点直径20μm的微图案,验证了电场驱动熔融喷射在微尺度3D打印上的可行性。     

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料（Polymer matrix composites，PMC）成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性，尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题，提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验，揭示了主要工艺参数（碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等）对于打印件分辨率（精度）和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台，并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式，实现了多层石墨烯/聚乳酸（Polylactic acid，PLA）和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明，提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型（使用内径300 μm喷嘴，实现了分辨率为40 μm的PMC特征结构制造），而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。     

基于动力吸振原理的低频多模态抑振器设计EI北大核心CSCD

为实现结构低频振动控制,基于动力吸振(dynamic vibration absorber, DVA)原理设计了一种多模态抑振器。为研究吸振器阵列与抑振器阵列的抑振效果,建立了附加动力吸振器阵列四边简支板的动力学耦合模型,验证了动力吸振器阵列的振动控制效果;提出了以橡胶板-质量块、橡胶基体-金属柱壳为主要组成结构的多模态低频抑振器,从理论上计算了其各组成结构的轴向共振模态频率,并以动力吸振器参数为基准对抑振器几何参数和材料参数进行了调整,最终通过仿真和实验验证了抑振器阵列振动控制效果。结果表明:当吸振器阵列或抑振器阵列布置位置覆盖结构主要模态下最大变形位置时即可达到最佳控制效果;吸振器阵列与抑振器阵列均有一定的振动控制效果,与吸振器与受控对象间为点接触不同,面接触放大了阻尼在振动控制中的作用,因此抑振器阵列的振动控制效果更为明显。     

放电沉积凸貌微织构表面动压润滑性能仿真研究

目的 提出一种表面凸貌微织构的快速制造方法,并对其表面动压润滑性能及减摩机制进行研究。方法 利用高低压复合放电沉积加工技术实现气体介质中金属或半导体材料表面凸貌微织构的制备。高压脉冲电压实现两极间介质的电离度,低压直流放电实现电极材料蚀除,并沉积在工件表现形成微织构。通过控制工具电极直径,可获得直径410 μm、高12 μm尺度的凸貌微织构。利用FLUENT软件,对该方法所获的凸貌微织构表面动压润滑性能进行仿真,研究了不同高度、直径、面积比下,表面微织构对润滑性能的影响规律。结果 织构面积比和动压润滑性能成正比关系：随着面积比增大,织构上表面平均压力增大。油膜上表面平均压力在高度为7 μm、直径为500 μm、面积比为60%、对摩速度0.5 m/s时,达到最大值1.21×104 Pa。动压润滑性能随单个凸貌微织构高度的增加,先增大后减小,并在7 μm时达到最大。织构直径对润滑性能影响明显,仿真结果表明,在一定条件下,加大织构直径可提高油膜上表面平均压力。结论 凸貌微织构采用增材制造方法,减小了传统去除材料的织构制造方法导致的对材料强度的影响。该方法工艺简单,成本低,不需辅助其他加工条件。表面凸貌微织构的存在使两接触表面的间距减小,形成收敛楔,从而形成动压,使润滑膜产生动压承载力,改善了摩擦学性能。对凸貌微织构的结构参数（面积比、微织构高度、直径）进行仿真分析,获得了织构结构参数对动压润滑特性的影响规律,为后续研究提供了理论支持。     

微能高低压复合放电沉积加工实验研究

分析了高低压复合微能放电沉积的实现条件,提出了利用高压击穿放电间隙的方法,提高沉积加工过程的稳定性。对高电压条件下的放电特点进行了实验观察,通过改变放电能量获得了稳定的加工效果。最后,进行了单点沉积和轨迹连续沉积的实验,结果表明:该方法能有效提高沉积效率及沉积层的连续性。     

气流场驱动喷射3D打印熔融聚乳酸微细纤维及表面浸润性调控

提出了一种高速气流场驱动喷射高效三维(3D)打印熔融聚乳酸微细纤维的方法,分析了高速气流致熔融材料剪切破碎原理,研究了打印工艺中供料气压、气流流速、打印高度等关键参数对微细纤维直径分布及结构孔隙率、截面尺寸的影响规律。并对所获得的聚乳酸微细纤维进行了表面浸润性测试。结果表明,该工艺相对于静电纺丝等微细纤维制造方法,加工效率提高10倍以上。通过控制不同的打印参数,可以有效实现纤维直径在6～18μm、孔隙率在55%～96%范围内的有效调控。通过3D打印工艺,可实现具有宏观路径可控、微观具有高孔隙率微纤维结构的制作。表面浸润性结果显示,打印微细纤维由于材料分子基团及高孔隙率综合作用,具有疏水性及粘附性特征,通过对微观局部进行亲水处理,实现了同一材料局部疏水和亲水共存结构的制作,证明了该方法表面浸润性调控的有效性。     

电场驱动熔融喷射沉积高分辨率3D打印

针对传统熔融沉积成型面临的成型精度低和打印材料受限, 基于电流体动力熔融沉积在成形高度、材料种类、基板导电性和平整性、3D成形能力等方面的不足和局限性, 本研究提出一种电场驱动熔融喷射沉积3D打印新工艺, 其采用双加热集成式喷头并施加单极脉冲高电压(单电势), 利用电场驱动微量热熔融材料喷射并精准沉积来形成高分辨率结构.引入两种新的打印模式: 脉冲锥射流模式和连续锥射流模式, 拓展了可供打印材料的种类和范围.通过理论分析、数值模拟和实验研究, 揭示了所提出工艺的成形机理、作用机制以及成形规律.利用提出的电场驱动熔融喷射沉积3D打印方法, 结合优化工艺参数, 完成了三个典型工程案例, 即大尺寸微尺度模具、大高宽比微结构、宏微跨尺度组织支架和网格三维结构.其中采用内径250 μm喷头, 打印出最小线宽4 μm线栅结构, 高宽比达到25:1薄壁圆环微结构.结果表明, 电场驱动熔融喷射沉积高分辨率3D打印具有打印分辨率高、材料普适性广、宏/微跨尺度的突出优势, 为实现低成本、高分辨率熔融沉积3D打印提供了一种全新的解决方案.      

紫铜厚大结构件钨极氩弧焊热裂纹形成机理

对紫铜厚大结构件钨极氩弧焊(GTAW)热裂纹形成机理进行了研究.对热裂纹的动态形成过程进行观察和分析,在普罗霍罗夫理论基础上优化了热裂纹形成判据,并建立了基于刚性拘束热裂纹试验的紫铜厚板GTAW有限元模型.结果表明,内部变形率Δε是促使开裂的内因,得到HS201焊缝金属在脆性温度区间内(BTR)的横向拉伸应力及Δε的变化规律,并与其高温延性进行对比,得到不预热工艺下热裂纹产生的原因.为了防止热裂纹的出现,模拟并分析了不同预热温度下HS201焊缝金属的Δε的变化规律,预热温度由500℃降为420℃即可避免热裂纹出现.