光固化3D打印关键技术研究

针对单件批量复杂形状产品的快速制造问题,以具有典型复杂形状的离心泵叶轮为研究对象,开展了基于光固化快速成型技术的3D打印关键技术研究,研究内容主要包括:模型CAD优化设计技术、前处理技术、成形工艺参数设计、光固化原型后处理技术。该研究结果可为后续开展3D打印应用技术研究提供坚实的理论基础。     

基于DLP的珠宝树脂3D打印工艺研究

DLP(数字光处理技术)是一种以面曝光的方式逐层成型的3D打印技术.在DLP的3D打印工艺过程中,当分层厚度确定时,零件的打印精度主要取决于曝光时间和成型方向.设计一个测试试样,研究了采用DLP工艺打印珠宝树脂材料过程中的单层曝光时间和零件成型方向对不同特征打印精度的影响规律.研究结果表明:对于所采用的珠宝铸造树脂曝光...     

连续碳纤维复合材料3D打印的成型工艺研究

连续碳纤维复合材料3D打印的成型质量与成型性能受到三维成型过程中温度、速度、层高等多工艺条件及复合材料本身、打印喷头等多物理参数的影响,合理工艺参数的选择是高质量碳纤维三维成型的保证。针对碳纤维长纤复合材料连续性与各向异性的特点,研究了连续碳纤维3D打印的系统构成与工艺模型,分析了三维成型过程中不同工艺参数与成型结果间的影响关系,通过3D打印实验验证理论分析的正确性。研究为连续碳纤维复合材料3D打印合理工艺条件的选择提供了依据。     

激光立体光固化3D打印成型件清洗装置设计

为解决激光立体光固化3D打印成型件后期清洗处理繁琐、效率低等问题,设计了一种成型件清洗装置。采用机械与电控相结合的方法,利用STM32嵌入式单片机做主控单元,包括驱动电机、OLED显示、降压等模块,结合Cero三维建模软件设计出的实体模型,最终实体化清洗装置。试验结果表明,该装置可有效实现3D打印成型件的半自动化清洗,具有结构简单、清洗效率高、实用性强等特点,具有一定的市场推广价值。     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型的高温力学性能研究

机匣是航空发动机的重要承力构件,向大型化、整体化、匣体/管道一体化方向发展,对现有加工技术提出挑战。基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型制备方法,为机匣类轻质合金零件的精密铸造提供新思路。铸造用光固化树脂材料的烧失温度高、发气量大,这对石膏型材料的高温力学性能提出更高要求。因此,在确定石膏型力学性能的关键温度基础上,研究石膏型力学性能随温度的变化规律,探讨膏水比、填料比等对石膏型力学性能的影响机理,发展同化学组分晶须增强石膏型的方法。在此基础上,将石膏铸型500℃高温弯曲强度提高至2 MPa以上,并实现薄壁机匣样品（含有内径3 mm管路）的铸造。     

光固化3D打印技术在首饰蜡模制作中的应用

由于3D打印技术近几年的快速发展,技术门槛和价格降低,在首饰生产加工中已经普遍应用。利用光固化3D打印技术制作蜡版,起版过程更加便捷高效,成版效果更加准确和丰富,使传统首饰起蜡版这一环节中的痛点得到有效解决。但同时,光固化3D打印技术在首饰蜡模制作中也存在新的问题,例如3D模型上难塑造自然的纹理,蜡模去除支撑后表面会留下痕迹等。通过工艺探究,为解决这两个问题提供了一些思路,提高了利用3D打印技术制作蜡模的质量。     

光固化3D打印技术在汽车发动机罩中的应用

3D打印技术目前已经进入了蓬勃发展的时期,以3D打印技术为代表的快速成形技术被认为是带来新一轮工业革命的关键。与传统工业采用模具、车床等加工方法对原料进行定型、切割并制作成型不同,3D打印经过对材质处理和逐层堆叠完成制作,大大降低了制作的复杂度。通过对各3D打印技术材料、使用方法及使用成本等因素,采用光固化3D打印技术进行汽车发动机罩模型快速制作,将汽车发动机罩数字模型导入至切片软件中进行相关前处理工作,并在打印完成后进行相关后处理工作,实现汽车发动机罩从数字模型到实体的快速生产技术,在数小时至数日内生产出概念模型,进而协助整车厂和汽车零部件制造商对汽车发动机罩进行性能、结构、设计检查并进行二次修正,从而加快汽车发动机罩设计的验证过程。通过多种多样不同的材质种类,不同的机械性能以及复杂的功能性原型设计,使得汽车生产商在前期就能够及时地纠正问题和进行产品设计,将错误的成本最低化。减少了汽车发动机罩的生产成本和时间。因此,光固化3D打印技术在汽车制造业从生产力、成品验证过程、工作效率和产品质量上都起到了十分紧密的作用。     

3D打印中非金属薄壁件的打印成型策略研究

针对一般非金属类薄壁件注塑成型周期较长、成型精度不高、耗时耗材的问题,提出了一种结合三维激光扫描技术和3D打印技术的非金属薄壁件成型方法。以摩托车薄壁件拐板为对象,首先,选用逆向工程的点云采集技术和点云处理技术,获取了工件精确表征点云数据;然后,通过模型重构与分析技术,设计出了尺寸和表征数据均满足工件要求的模型;其次,运用3D打印前处理技术,进行了模型摆放、支撑添加与切片等操作;最后,使用SLA工业打印机打印出了摩托车薄壁拐板工件。研究结果表明:经过20 h左右工件打印成型,较传统注塑成型明显缩短了试制周期,且该成品尺寸偏差以及表面曲率特征均满足工件要求;该方法适用于工业制造中非金属薄壁件的打印成型,可用于产品前期试制研发,可有效缩短测试周期,降低成本。     

4D打印液晶弹性体工艺及其性能研究

液晶弹性体(Liquid crystal elastomers,LCEs)因其大且可逆的变形、响应速率快、优异的力学性能、各向异性以及驱动条件简单灵活等特点,在智能构件制造领域被认为具有广泛的应用潜力.为了提升液晶弹性体的成形能力,丰富液晶弹性体的变形模式及其设计方法,提出了利用墨水直写打印工艺编程液晶弹性体复杂变形模...     

FDM 3D打印聚醚醚酮零件摩擦磨损特性研究

为研究3D打印各向异性对摩擦性能的影响,通过熔融沉积成型(FDM)制备了0°、45°、90°3种打印角度的聚醚醚酮(PEEK)试样,研究3种不同打印角度及载荷变化对PEEK试样摩擦学性能及磨损机制的影响。利用MFT-5000摩擦磨损试验机对PEEK材料进行室温水润滑下的往复滑动摩擦试验,用超景深显微镜观察磨损后表面形貌。试验结果表明：不同载荷下3种打印角度试样的摩擦因数由大到小依次为0°试样、90°试样、45°试样,磨损率由大到小依次为90°试样、45°试样、0°试样;随着载荷的增大,3种不同打印角度试样的摩擦因数均呈现下降趋势,磨损率则呈现上升趋势;PEEK磨损机制是黏着磨损以及疲劳磨损引起的表层脱落。     

基于3D打印的机械零件轻量化设计与制造

3D打印技术和轻量化技术是近年来发展较为快速的先进技术.为了研究机械零件轻量化的问题,以山地自行车结构部件中的一个连接件为例,采用概念设计工具Altair Inspire对连接件进行设计空间的几何重构及重构前后的强度对比分析,再采用3D打印中的子模型新技术和合理设置工艺参数的方法,进行了机械零件轻量化设计与制造.实验结果表明,在满足实际的刚度和性能要求、不改变模型主要结构的情况下,该研究所得结构连接件最终模型的优化结果,实现减重达38.46％,有效减轻了质量,节省了材料,解决了拓扑优化后的复杂结构难加工与支撑多的问题,为机械零件轻量化设计与制造提供了一种可行的方法.     

3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究

针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。     

金属3D打印技术在海洋零部件的应用研究

为了优化金属3D打印成形工艺,建立工艺数据库,运用德国EOS M290金属3D打印设备,采用SLM技术,进行某海洋仪器设备中涡轮的打印工艺优化试验和不同零部件对激光填充线距离参数的选择试验.研究结果表明,涡轮45°倒角时打印出现翘曲变形,涡轮直角时打印效果良好,可用直角打印后进行车削加工方式进行倒角;随着激光填充线距离...     

连续纤维自增强复合材料3D打印及其回收性能研究

连续纤维增强复合材料3D打印工艺的出现,为复合材料构件低成本快速制造提供了一种新方法,为了充分利用3D打印连续纤维增强热塑性复合材料成形快,易成形复杂零部件的特点,结合自增强复合材料具有良好界面结合性,可循环利用的优势,分析了自增强复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出一种利用过冷熔体成形连续纤维自增强复合材料的3D打印方法,设计了基于过冷的自增强复合材料熔融挤出打印喷头,采用聚苯硫醚(Polyphenylene sulfid,PPS)纤维与PPS树脂作为自增强复合材料原材料,探究自增强复合材料成形打印温度窗口、复合材料力学性能、微观界面结合性,以及对连续纤维自增强复合材料完全可回收性能研究分析。     

面向3D打印复合工艺的生物CAD/CAM系统及试验研究

3D打印复合成形工艺将3D打印技术与静电纺丝技术相结合,在构建具有多尺度多梯度结构特征的,生物硬组织修复用再生支架方面表现出独特优势。提出一种针对3D打印复合成形工艺的生物CAD/CAM系统构建方法,不仅能实现成形过程的自动监控,保证多工艺的柔性复合,而且能实现从STL模型,到生成加工路径信息,并最终驱动系统硬件进行加工的自动化处理流程。该系统及方法将生物建模软件与生物3D打印复合成形系统有效集成,将CAD过程中无法建模的尺度信息与来自CAD的加工信息有机结合并处理,有效解决了3D打印成形再生支架时,精度受限而无法在支架内部成形微观尺度结构的问题。最后,通过骨组织工程支架的制备试验验证了系统的有效性。     

3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。     

聚醚醚酮3D打印成形工艺的仿真和实验研究

为解决高性能医用聚醚醚酮（polyethoretheretherketone,PEEK）零件复杂结构难以加工的问题,采用基于熔融沉积原理的3D打印方式,辅以高温成形腔体结构,通过模拟仿真和工艺实验,开展PEEK的快速成形系统工艺研究。仿真结果表明：采用接近PEEK玻璃化温度的高温成形腔体环境,可以明显地减小PEEK试样的翘曲变形;采用较小内径的喷嘴,有利于PEEK丝材的熔化和熔融挤出稳定性。实验数据表明：喷嘴内径0.4 mm和打印层厚0.1 mm的设置条件下,PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74.74 MPa,接近传统注塑成形零件的拉伸性能。