连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计

为了解决3D打印喷头在成形过程中需要频繁抬起和跳转的问题,研制一种具有复合丝材可控导入、高效熔融挤出及实时剪切功能的新型3D打印喷头。首先,基于结构原理和功能分析方法,对喷头进行分模块化设计;然后,对喷头剪切装置控制系统及其控制流程进行设计和分析;最后,采用所研制的3D打印喷头实物进行连续碳纤维增强复合材料预浸丝的熔融挤出及剪切试验。结果表明,采用所设计的喷头结构以及程序控制方法,可以实现剪丝刀片在喷嘴末端对于复合材料的有效剪切,剪切断口平整,验证了所研制的新型复合材料3D打印喷头的可靠性和实用性。所提方法可有效避免喷头在抬起和跳转运动过程中引发的问题,为连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头的结构设计及其运动控制提供了参考。     

基于ANSYS CFX的三维打印喷头结构优化设计

喷头结构是影响三维打印成形效果的主要因素。通过Pro/e建立了喷头的三维模型,利用ANSYS CFX对其流场进行了有限元分析并优化了结构参数。结果表明,出口直径一定时,入口直径越小,喷头所受到的压力越小,流动性能越好;收敛角在小于90°时,收敛角越小越有利于流体流动,收敛角大于90°时,角度越大阻力小幅度减小;过渡圆弧半径越大,流体流动状态越好。     

FDM-3 D打印喷头的热场仿真与优化设计

基于FDM-3D打印喷头的热流速度控制,建立3D打印喷头的热力学模型.通过对喷头组件的整体热仿真,获得喷头组件的温度变化曲线和影响性能的主要参数指标;分析喉管在加热块与散热片间的长度和底层散热片厚度对温度性能的影响,得出较佳的优化参数.仿真和实测结果表明:针对ABS打印材料,采用3.5 mm的铝管作为过渡段喉管,底层散热片由1 mm加厚至2 mm,散热效率可提高20％;若采用铁氟龙管,散热效率能提高40％以上,有效实现快速降温,增强散热效果.     

2020年3D打印热点回眸

 3D打印是基于材料累加原理,将计算机中的三维模型通过分层添加材料打印出实物的一种增材制造技术。2020年,3D打印研究在打印机理、技术改进及应用拓展等方面取得了重要进展。从打印方法改进、新型墨水研发、新型结构制备和应用,以及金属3D打印机理研究等方面回顾了3D打印的年度研究热点和代表性成果。     

三分叉节点的建模和3D打印制造一体化研究

具有光滑过渡的复杂分叉节点的建模和3D打印是该类节点实现先进设计和智能制造的关键,本文用SolidWorks的特征造型功能实现了具有光滑过渡外型的节点的建模,然后分别利用3D打印技术的FDM和SLM工艺将其打印成型.研究结果表明:基于SolidWorks和3D打印的建模制造一体化技术可以有效解决复杂节点采用传统的铸造工艺难以生产的问题,实现节点设计制造的智能化.     

3D打印机喷头及工作台振动响应特性分析

寻找高效率、高精度、低成本的陶瓷3D打印机是3D打印技术在陶瓷材料应用方面非常重要的一部分。以柱塞式陶瓷3D打印机为研究对象,建立运动轴简化模型,并利用ANSYS Workbench软件分析柱塞式陶瓷3D打印机运动轴在单轴运动及多轴联动时,喷头及工作台的振动等动态响应数据,并通过打印样件实验,验证了喷头不断变换打印方向时,运动轴启停所造成喷头和工作台的振动,及工作台在下降打印层高时的振动对打印精度的影响微小,运动轴结构稳定,可保障打印精度。     

3D打印磷渣粉混凝土的试验研究

研究3D打印磷渣粉混凝土的工作性、力学性能和微观结构。在胶凝材料用量和胶砂比一定的条件下,采用不同掺量的磷渣粉配制3D打印混凝土,测试其可挤出性、建造性、流动性、有效打印时间和力学性能,观察硬化混凝土的断面结构,采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析其水化产物和微观结构。试验结果表明:磷渣粉可作为3D打印混凝土的优质掺合料,适当掺量的磷渣粉可配制出工作性能和力学性能优异的3D打印混凝土;3D打印磷渣粉混凝土层面结合紧密,混凝土断面未观察到明显的连续孔隙;水化产物及其微观结构类似于普通磷渣粉混凝土。     

金属材料喷射沉积3D打印工艺

针对现有金属材料3D打印技术存在成本高、效率低的问题,提出一种由三维CAD模型驱动数控系统,直接实现多品种、小批量、结构复杂金属零部件柔性、高效制造的方法—喷射沉积3D打印成形,介绍该工艺原理。搭建了实验平台,并以铋锡合金为成形材料,采用单道、单层、实体分层次的工艺试验过程,分别研究喷头孔径、喷头移动速度、送气速度对单道成形轨迹的影响,成形路径、路径搭接率对单层成形表面形貌的影响,最后对喷射沉积3D打印成形铋锡合金实体的断口进行观察。研究结果表明:当喷头孔径为0.6 mm、送气速度为10 m L/min、喷头移动速度为10 mm/s时,所得单道成形轨迹均匀性较好;当采用S形路径及搭接率为50%时,可以获得较高质量单层成形表面;喷射沉积3D打印技术可以实现金属件的快速高效制造,成形效率可达50 cm3/h,为现有成熟金属件3D打印成形技术的2~3倍。     

3D打印技术的物种特征及形成路径研究

依据生物学理论,以3D打印技术为研究对象,从物种概念及形成机理入手,具体围绕3D打印技术物种特性、物种形成的内外因及形成路径进行深入分析,清晰追溯3D打印技术的形成过程,理清3D打印技术物种形成的内部机理,为后续开展3D打印技术演化等研究奠定理论基础。     

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。