薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺

挤出冷冻3D打印工艺是一种适合于陶瓷零件的成型工艺.该工艺用于薄壁陶瓷零件成形时,由于这类零件空间结构支撑薄弱,在打印成型过程中极易发生变形,因此用ZrO_2膏体对薄壁陶瓷零件的挤出冷冻3D打印工艺进行了研究,探讨了薄壁中挤出体构成层数和薄壁倾斜角度对零件成形精度的影响.结果表明:同样的陶瓷零件,薄壁构成层数越多,零件的精度越高,可成形角度越大,但是成形效率大大降低.一般薄壁零件可采用二层挤出体的薄壁构成,在单挤出头无支撑的情况下可以在-20°～20°的倾斜角度精确成形.当零件要求更高的精度和倾斜角度更大的设计时,可以采用三层的薄壁构成.     

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.     

基于稳健设计的熔融堆积成型工艺参数的优化

针对熔融堆积成型工艺的尺寸精度和翘曲变形两个指标,选择线宽补偿(A)、挤出速度(B)、填充速度(C)、层厚(D)四个工艺参数作为控制因子,采用稳健设计和模糊综合评判相结合的方法优化熔融堆积成型工艺参数.优化结果表明,工艺参数对指标影响的显著性程度的主次顺序为A、B、D、C,最佳工艺参数的组合方案为A1B1C2D3.     

微滴喷射3D打印尺寸建模与数值模拟

形貌尺寸是影响微滴喷射3D打印微结构精度的重要指标,主要受材料自身特性及打印工艺参数的影响,其中打印速度、加速度等为可控工艺参数.本文以微滴喷射打印直线轨迹为研究对象,建立了速度、加速度对打印尺寸及微滴沉积位置的预测模型,并通过数值仿真进行了验证.结果表明,所建模型能对3D打印尺寸及微滴沉积位置进行较为准确的预测,其中尺寸预测精度达6.07%、位置偏差预测精度为2.69%.研究结果可为微滴喷射3D打印尺寸控制提供理论和实际参考.     

基于倾斜摄影的混凝土3D打印成型精度分析与预测

混凝土3D打印技术是一项新型的增材制造技术,为了实现采用混凝土3D打印技术来快速打印高质量的成型构件,综合利用迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法和倾斜摄影测量技术来分析3D打印构件的整体偏差、局部边界偏差和圆弧角半径,并根据整体偏差和边界偏差对成型精度及可建造性进行研究,最后利用边界偏差和圆弧角半径对打印模型进行预测。结果表明：在混凝土3D打印配合比为水泥∶砂∶粉煤灰∶减水剂∶混凝剂∶水=1∶1.12∶0.09∶0.004∶0.006∶0.32,打印速度V_d为45 mm/s,最佳挤出速度V_j为138 mm/s时构件成型精度最高;对倾斜摄影模型拟合对齐,并对其具体位置偏差标注色谱图,可知混凝土3D打印构件在第4层时压缩变形较大,可建造性较低;利用预测模型与混凝土3D打印实体构件进行拟合,可知预测模型与基准模型相比误差约1 mm,验证了所提方法及预测模型的合理性。     

双螺杆多材料3D打印挤出机构设计与仿真分析

针对目前3D打印单一材料不能完全满足应用性能要求的现状,设计出一种双螺杆挤出式3D打印多材料的混合打印机构,用于高固含量陶瓷浆料的挤出成型。通过对双螺杆的重要参数进行设计和计算,实现了双螺杆机构的小流率稳定挤出。使用ANSYS的POLYFLOW模块对螺杆转速1～15 r/min下流体的流变特性进行仿真分析,得到整个流道压力场、速度场和剪切速率场的分布规律,仿真结果表明出口流率范围为0.66～6.48 mm³/s,打印速度为2～23 mm/s,适合陶瓷浆料挤出成型。同时对打印机构的混合性能进行评估,得出不同螺杆转速下的材料组分分布,并采用示踪粒子法得到粒子的停留时间分布函数和累积停留时间分布函数;结果表明,螺杆转速越高,其轴向混合能力越弱,自洁能力越强。所设计双螺杆挤出机构可以满足低转速小流率的高精度打印,实现多种材料变组分的实时混合和精准打印。     

基于接触电阻加热的玻璃熔融沉积型3D打印系统

针对目前玻璃3D打印存在的打印模型不透明、打印效率低和打印成本高等不足,提出并构建了一种基于接触电阻加热的玻璃熔融沉积型(fused deposition modeling,FDM)3D打印系统.根据加热电阻模型确定了接触电阻与温度的关系,并搭建了基于接触电阻加热的3D打印系统,通过试验研究了加热温度、扫描速度和高温黏度等关键工艺参数对玻璃3D打印成型效果的影响规律.选择合适的工艺参数,可得到理想的沉积效果,并打印出几乎完全透明的不同形状的玻璃零件,这为玻璃3D打印提供了一种有效的打印方式以及为其参数选取提供了参考.这套设备体积小、成本低,是一款消费级的桌面玻璃3D打印系统.     

遥控器模型的3D打印工艺优化

熔融沉积(FDM)技术是3D打印技术的一个重要发展方向。提高3D打印模型表面质量及其性能最经济合理的方法就是在特定的设备软件和硬件情况下,对于给定的3D打印系统,优化其工艺过程的控制参数。本文基于熔融沉积成型(FDM)工艺,优化了模型摆放方向、打印速度、温度、层厚及支撑等工艺参数,打印的遥控器模型的表面质量比之前未优化的表面质量显著提高。通过后处理,使模型外观达到了使用标准。     

3D打印技术在陶瓷制造中的应用

3D打印技术作为区别于传统制造技术的一种新型技术,近年来在陶瓷制造领域得到了广泛的应用.该技术无需模具,可快速制备出形状复杂的陶瓷部件.系统综述了6种常见的3D打印技术包括浆料堆积成型技术、光固化成型技术、激光选区烧结技术、分层实体成型技术、三维打印成型技术、喷射打印成型技术在陶瓷制造领域的研究进展.综合3D打印技术在陶瓷制造领域的应用现状,展望了未来陶瓷3D打印技术的发展趋势.     

过程参数对熔丝成型产品结合颈的影响

熔丝成型(fused filament fabrication,FFF)是当今应用最广泛的增材制造技术之一.FFF产品相邻挤出材料丝之间的结合颈对其成型质量有重要影响,并随过程参数的改变而明显变化.针对不同过程参数对结合颈的影响进行了实验与理论研究.根据部分析因设计制备了不同过程参数下的FFF样件,利用扫描电子显微镜完成结合颈的实验研究,并建立了结合颈的理论模型.结果表明:过程参数对样件结合颈有一定的影响;适当降低打印速度或增加挤出温度、挤出宽度、打印层厚度及填充率,结合颈增大,但改善效果有限,理论模型准确可靠.     

聚乳酸(PLA)3D打印薄板制件精度研究

采用FDM3D打印方式制备了薄板制件,研究了打印速度、填充方式及层厚等工艺参数对制件表面粗糙度以及制件尺寸精度的影响。结果表明,为得到较好的表面质量,应采用的最佳打印填充方式顺序为:绕直线型直线型同心型;对薄板制件,要得到较好的表面质量和尺寸精度,最佳打印速度为30mm/s,最佳分层厚度为0.2mm;在实际打印参数的设置过程中,应特别注意打印速度对薄板制件整体质量的影响。     

3D打印工艺参数对组织工程支架微观结构的影响研究

挤出式3D打印是制备组织工程支架的重要技术手段之一.一个性能良好的组织工程支架必须具备小孔隙、高孔隙率的内部微观结构.针对挤出式3D打印支架成形动态过程,建立了打印材料成形过程热-力耦合动力学模型,并通过数值模拟研究了主要打印工艺参数对支架成形的孔隙尺寸、材料重熔特性的影响.结果表明,支架的孔隙尺寸随打印时间间隔和材料粘度的增大而增大,但随基板温度的升高而降低;支架重熔度与孔隙尺寸变化趋势相反;其中材料粘度的变化对成形支架的孔隙尺寸和重熔度的影响最为明显.     

光固化3D打印用于陶瓷制备的研究进展

光固化3D打印制备陶瓷和熔模铸造消失模技术近年来得到市场的青睐,现将技术涉及的关键工艺及研究进展进行整理.光固化3D打印制备陶瓷技术涉及到制备浆料、光固化成型和烧结等过程,每一步都会影响最终陶瓷产品的质量.光固化3D打印制备消失模技术的成功应用,对于缩短陶瓷型壳制造周期、提高熔模铸造生产效率具有重要意义,但阻碍光固化成型熔模铸造制备陶瓷型壳市场化的技术难点在于获得膨胀率低和残留低的聚合物树脂配方.     

生物材料的3D打印研究进展

在生物医药领域,通过对生物材料或活细胞进行3D打印,可构建复杂生物三维结构如个性化植入体、可再生人工骨、体外细胞三维结构体、人工器官等,因而基于生物3D打印在个性化定制及复杂结构调控制造上的独特优势,综述了生物3D打印技术的基本工艺、应用领域与研究进展.重点针对3D打印生物材料这一研究热点,全面讨论了喷墨打印和注射挤出打印两种路径,分析总结了3D打印相关生物材料并应用于体外模型、医疗器械和植入体的制造以及可降解组织支架、细胞三维结构体的构建,最后对该技术未来发展趋势和研究重点提出展望.     

钢渣掺量对3D打印地质聚合物材料新拌浆体流变性的影响

研究了钢渣掺量对钢渣-矿渣基地质聚合物3D打印材料新拌浆体流变性的影响.实验结果表明:修正Bingham模型用于表征3D打印材料浆体流变模型更为准确;随钢渣掺量的增加,新拌浆体剪切应力和屈服应力的增大同时其塑形黏度降低;新拌浆体的流变特性决定其早期构件的完整性,快速增长的屈服应力确保了其挤出后的成型能力;优异的剪切变稀能力有利于运输过程中的管内压力降低.     

3D打印工艺螺杆转速和进给速度的最佳匹配关系

在理论分析的基础上,研究了3D打印机工艺螺杆转速和进给速度的匹配问题。根据物料平衡定律及打印材料挤出速度与进给速度的最佳比值,利用极大似然估计方法,得到了螺杆转速与进给速度的最佳匹配关系。结果表明,在给定进给速度的情况下,使用此最佳匹配算法得到的螺杆转速,能够很好地解决裂口问题,与现有的3D打印软件AXON提供的算法相比,打印成型质量有明显的提高。     

选区激光熔化直接成型零件工艺研究

为了提高选区激光熔化成型金属零件致密性与精度,首先对激光扫描单道熔池形成特性进行研究,讨论扫描速度、激光功率对熔池宽度影响,观察到熔池附近无粉区宽度 与熔池宽度 的关系为： = ×（1.5~2）。根据单道熔池成型特性,采用层间错开扫描策略提高零件致密性到近乎100%,显微观察层间与层内熔池搭接紧密。接着成型包括圆柱圆孔等几何单元讨论热影响、原始尺寸对尺寸精度的影响,当光斑补偿 与聚焦光斑直径 满足 时,尺寸精度达到（0.04~0.06）mm。对SLM成型件拉伸强度、延伸率、显微硬度测试分别为636Mpa、15%~20%与HV0. 3 250~285。结果表明,层间错开扫描策略与优化的光斑补偿值对SLM直接成型金属零件的致密性与精度具有较好效果。     

FDM 3D打印参数对打印件精度的影响研究

通过三水平三因素正交试验法设计了打印工艺参数,采用FDM快速成型设备打印制件。利用三坐标测量机、粗糙度测量仪研究了不同打印温度、分层厚度、打印速度、摆放位置对打印件尺寸精度及表面粗糙度的影响。测试结果表明:各因素对制件尺寸精度影响水平有差异,存在方向性,在宽度方向尺寸精度较差,长度和高度方向上尺寸精度相对较高。粗糙度测量仪测试结果表明打印件水平面的表面粗糙度比竖直面好。     

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%.     

多层壁陶瓷型芯内腔熔芯的制备及性能研究

采用预制夹芯法制备多层壁陶瓷型芯因具有工艺简便、成型精度高等优点受到关注.笔者以聚乙二醇(PEG)为增塑剂,石墨、石英玻璃粉为填料,制备了可熔夹芯;通过二次注射成型制备了多层壁陶瓷型芯坯体,实现了熔芯/型芯的一体脱脂.研究了聚乙二醇分子量对熔芯浆料及制备坯体性能的影响,结果表明:当PEG分子量不超过2000时,增塑剂分子量对熔芯性能的影响较小,随着PEG分子量继续增加,坯体内缺陷增加导致性能变差;采用PEG2000制备的熔芯坯体具有最佳的综合性能,其抗弯强度、高温变形量和表面粗糙度分别为13.0 MPa、2.94 mm和1.18μm.研究了熔芯/型芯的一体化脱脂行为,经过脱脂和烧结,熔芯被完全烧蚀,形成了陶瓷型芯的空腔结构,且熔芯脱除对陶瓷型芯的结构完整性和精度未产生不良影响.陶瓷型芯制件的尺寸公差不超过±0.15 mm,空心内腔表面粗糙度为1.81μm,满足高温浇铸对陶瓷型芯尺寸精度的要求.