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.     

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.     

基于遗传算法的快速成型零件分层方向优化方法

熔融沉积快速成型技术在快速成型制造领域中的作用日趋明显,复杂零件成型方向是成型中的关键问题之一.为此,提出了一种熔融沉积成型分层方向的选择方法,建立了以支撑面积最小、制作时间最短和表面粗糙度最低为优化目标函数的数学模型,用遗传算法求解,得到优化的制作方向.快速成型实验结果表明,本方法可明显提高快速成型系统的加工效率,降低系统的成本.     

小型钢槽丝成型机关键零件有限元仿真

钢槽丝(或槽骨)主要用于制伞业中,是伞骨生产的发展方向.钢槽丝成型是槽骨生产的关键,成型模的关键零件是成型轮轴、凸轮和凹轮,而成型模轴尤其重要,其设计水平对钢槽丝成型质量具有决定性作用.应用Solid Edge软件建立了钢槽丝成型机构主要零件的三维实体模型,应用有限元仿真软件MSC.VisualNastran对模型进行了有限元静力学仿真分析,获得了相关的应力、应变和位移仿真参数及其仿真云图.仿真分析可为钢槽丝成型机构的零件设计提供理论依据,为同类产品的开发和改进提供理论参考.     

基于球刀数控加工的残余高度控制研究

数控加工中球头铣刀铣削的零件表面粗糙度与刀具轨迹行距有密切的关系,为了满足零件表面的粗糙度要求,文中主要阐述在平面、斜面和曲面的情况下通过控制加工相关参数来改变零件表面粗糙度,达到零件的设计要求,提高加工效率。     

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.     

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。     

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.     

以回转表面为基体的金属零件直接成型技术

基于快速原型制造技术、数控技术以及激光熔覆技术的原理,研究了以回转表面为基体的金属零件直接成型技术的基本理论。为实现基于回转表面的金属零件直接成型加工,在快速原型设备中引入回转轴,并推导了基于圆柱面分层的STL模型分层算法．基于所推导的分层算法,编制了用于回转表面金属零件直接成型加工的数据处理软件和加工过程控制软件,并且进行了金属零件直接成型加工实验．     

自由曲面等粗糙度数控加工刀具路径规划

从自由曲面数控加工特点和工程应用需要出发,提出了基于等粗糙度原则的刀具路径规划方法。与其它刀具路径规划方法相比,能够进一步提高零件的加工精度,省去其它后续精加工工序,缩短加工时间,节约加工成本。在计算刀具路径时,将空间点的计算映射到平面参数域内进行,保证了算法的稳定性、可靠性。