熔丝成型薄板表面粗糙度理论模型与实验验证

针对熔丝成型(fused filament fabrication， FFF)产品的表面质量缺陷问题，提出了一种FFF产品表面粗糙度的理论建模方法.以材料丝表面轮廓为研究对象，考虑样件表面的实际情况，分别建立了FFF产品垂直和平行于纤维方向的表面粗糙度理论模型;与此同时，利用激光显微镜完成了相关样件表面粗糙度的实验研究;通过对比理论分析与实验结果，验证了所建模型的正确性;理论模型的敏感性分析研究表明，增大挤出宽度或打印层厚度会增大FFF产品的表面粗糙度，而增大重叠区域宽度则会降低表面粗糙度.     

熔丝成型制品三维表面粗糙度的理论与实验研究

熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)是通过挤出材料丝相互堆积、累加形成三维实体的一种增材制造技术,而逐层累加的制造工艺使得FFF制品的表面质量存在明显缺陷.为提出有效的改进措施,需明确FFF制品表面粗糙度的产生机理.基于结合颈成型过程,以材料丝表面轮廓为研究对象,创建了基于横、纵两向结合颈垂直/平行于纤维方向的表面粗糙度数学模型.制备FFF样件,利用激光显微镜获取样件表面粗糙度.理论与实验结果验证了模型的正确性,为FFF制品表面质量的改进与提高提供了理论依据和技术支持.     

陶瓷3D打印挤出光固化辅助成型工艺研究

基于墨水直写式打印(direct ink writing,DIW)的3D打印技术使3D打印材料摆脱了材料属性的限制,为多种材料提供了实现增材制造的可能.为了保证打印成品件具有陶瓷材料优良的力学特性,对陶瓷材料的3D打印挤出成型过程中的各项工艺参数进行了研究.通过流体理论计算并使用Fluent对影响陶瓷材料小口径挤出过程的挤出速度、挤出口径等工艺参数进行了数值模拟,得到相关挤出工艺参数与挤出量之间的关系.基于数值模拟结果设计了包括电机挤出速度、挤出头口径、打印移动速度、打印层高度和激光固化功率为因素的试验,分析了各项工艺参数对挤出成型过程的不同影响.     

基于随机游走麻雀搜索算法的多特征结构尺寸熔融沉积成型工艺参数优化

在熔融沉积成型过程中,打印参数对成型样件精度有着重要影响.为了提高整体尺寸精度,采用随机游走的麻雀算法获得最优实验方案.首先,以熔融沉积成型的分层厚度、喷头温度、打印速度和填充率为实验变量设计4因素4水平的正交试验;然后,以样件不同特征结构尺寸的相对误差为优化对象,使用田口-灰色关联法对实验数据进行处理;最后,通过随机游走的麻雀算法计算最优参数方案.结果表明,相比常用的田口-灰色关联法,采用优化后工艺参数成型样件的综合尺寸精度提高了20%,灰色关联度提高了27%.     

熔丝加工成型薄板的动力学特性及响应

通过熔丝加工成型(fused filament fabrication,FFF)理论与实验相结合,研究了悬臂边界条件下FFF薄板的固有特性和振动响应.首先,针对FFF薄板的分层和正交各向异性等特点,基于正交多项式法对其进行理论建模.然后,通过Ritz法获取FFF薄板的固有特性,再利用频域振动方程解析研究薄板内任意一点的振动响应.最后,以聚乳酸(PLA)FFF薄板为例,实验研究了其固有特性和动态响应,以分析验证理论模型的正确性.结果表明:本文建立的FFF薄板理论模型,能够准确预测出薄板的固有特性和动态响应结果,理论模型可靠.     

熔丝成型薄板拉伸性能的理论与实验研究

由于熔丝成型(fused filament fabrication，FFF)技术逐层沉积的制造工艺特点，其产品的拉伸性能存在着明显的局限性.为了能够提出切实有效的改进措施，需要明确FFF产品相应的机理，即建立本构关系理论模型.基于经典弹性力学理论，对FFF薄板试件的本构关系进行了理论建模，完成了试件拉伸性能的解析研究;然后利用拉伸实验机获得了试件拉伸性能的实验结果;最后，分别将X和Z方向打印试件的理论与实验的应力-应变曲线结果相对比，发现二者吻合度较好，验证了理论模型的正确性与准确性.     

振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法,即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模,并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后,利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律,阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好,理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后,熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.     

彩色光固化成型试验

在已有的激光快速成型实验装置的基础上,基于时间/压力流体点胶技术原理,设计并建立了彩色光固化成型实验装置,并利用该实验装置通过正交试验研究了点胶机压力、针头内径和注射器运动速度等工艺参数对着色过程中液体流量和液滴截面尺寸的影响规律,进而进行工艺参数优化,实现彩色光固化成型样件的加工。该研究为实现标准化的彩色光固化成型加工提供了工艺方面的参考。     

扫描速度对ZrO_2陶瓷膏体3D打印精度的影响

3D打印以其个性化定制的独特优势近年来在医疗修复领域迅速发展,挤出自由成型(EFF)工艺通过陶瓷膏体的分层堆积可以实现陶瓷义齿的定制化3D打印.以氧化锆为原料进行EFF系统的挤出成型工艺研究,主要从挤出丝、片层、立体模型3个方面探究了扫描速度对ZrO_2陶瓷膏体3D打印尺寸精度的影响.结果表明:扫描速度与打印制件精度的匹配存在最佳值,过快或过慢的扫描速度都不利于陶瓷膏体的成型;当扫描速度V_s=2 mm/s时打印的挤出丝、片层、立体模型尺寸误差小,打印精度较高.     

镁/聚己内酯的熔融挤出增材制造工艺研究

为了解决聚己内酯(PCL)在骨修复领域应用中力学性能差、降解时间长、表面疏水、不具有骨诱导性等缺点,采用在PCL基底内引入镁(Mg)粉末颗粒的方法,制备了Mg/PCL复合材料,并通过熔融挤出增材制造技术制造了骨修复植入物。制备了可用于熔融挤出打印的Mg/PCL复合丝材,并研究了不同温度对挤出丝材质量和均匀度的影响,改变不同的打印参数,打印了拉伸、弯曲样件,研究了打印温度、打印层厚和镁含量对PCL机械性能的影响。利用熔融挤出增材制造工艺,制造了孔径为300～500μm、杆径为600μm的骨组织工程支架和狗的下颌骨假体,并在电镜下观察了支架表面形貌,加入镁颗粒,使纯PCL的拉伸模量增加了45.6%,抗弯模量增加了89.4%,同时弯曲强度增加了27.3%。PCL基底内Mg含量越高,电镜微观形貌越粗糙。结果表明:加入Mg颗粒,可以改善PCL的力学性能,弹性模量达到了人体松质骨的范围;电镜下镶嵌在PCL表面的镁颗粒改善了PCL表面粗糙度和亲水性,有利于细胞附着和增殖。     

摩擦阻力对纯铝在等径弯角挤压过程中变形的影响

室温下对纯铝试样进行了等径弯角挤压(ECAE),通过对挤压后纯铝试样的宏观变形及微观形貌分析,探讨了ECAE过程中模具内壁与试样之间的摩擦阻力对试样变形的影响,得到了滞变区比例与挤压位移之间的关系．结果表明：挤压过程中试样在模具通道内角点附近形成难变形区;在模具通道外角点形成变形死区;试样的芯部变形比较均匀,为明显的剪切变形;受摩擦阻力的影响,试样顶部和底部均出现了滞变区,该区域呈轴对称分布且沿试样长度方向逐渐向试样芯部扩展;滞变区比例随挤压的进行而增大．     

硬脂酰胺对热塑性聚氨酯氢键及等温结晶行为的影响

利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）研究了硬脂酰胺对热塑性聚氨酯（TPU）氢键化程度的影响。利用差示扫描量热仪（DSC）研究了硬脂酰胺对TPU等温结晶行为的影响，采用Avrami方程分析了TPU等温结晶过程，并计算出其结晶动力学参数。结果表明：加入硬脂酰胺后的TPU氢键化程度显著增大，结晶时间缩短，结晶速率提高。     

利用蒙特卡罗模拟评估医用电子直线加速器非均整模式的光子束软化特性

本文利用蒙特卡罗模拟评估不同能量、不同射野下医用电子直线加速器非均整模式(Flattening Filter Free, FFF)光子束的软化特性.基于本院的Varian Edge加速器的组件参数和测量数据，利用通用蒙卡程序EGSnrc/BEAMnrc构建6 MV均整模式(Flattening Filter, FF)、6 MV FFF和10 MV FFF下的机头模型，使用EGSnrc/DOSXYZnrc程序模拟获得5 cm×5 cm和10 cm×10 cm射野下的百分深度剂量(Percentage Dose Depth, PDD)和横向剂量离轴比(Off Axis Ratio, OAR),与测量数据进行比较，确定不同模式的源参数；在此基础上模拟三种光子束模型在上述两种射野射野条件下非均匀模体(水-骨-肺-水)内的PDD,并对其相空间文件进行能谱分析，评估FFF光子束的软化特性.三种光子束模式在非均匀模体内的PDD趋势相似，但在小野时扰动更大，FFF模式相较于FF模式，包含更多的低能光子和更少的机头散射；在低能、小野时，6 MV FFF模式的光子束软化特性带来的剂量影响与6 MV FF模...     

聚乙烯醇的热老化机理研究

在不同的温度下对聚乙烯醇进行四次熔融挤出,通过比较每次挤出对应的加工参数及样条外观特性上的差异,借助红外、紫外光谱和热重的分析手段,探讨了聚乙烯醇在熔融加工中的热老化及热降解机理,这将有助于解决因热老化、热降解而导致的熔融加工困难、材料物理性能明显降低的问题.     

薄壁铝型材挤压成形的一种有效模拟方法

基于大变形弹塑性有限元理论和有限体积法基本原理，建立了金属塑性成形的弹塑性UL有限元列式以及塑性流动中的有限体积控制方程．提出了有限元模拟系统到有限体积模拟系统的数据传递和信息继承方法。建立了铝型材挤压成形有限元/有限体积法复合模拟系统，对铝型材挤压过程进行了数值模拟，预示金属在成形中的塑性变形行为，从而为模具设计及工艺参数选取提供理论依据．