一种新型3D打印喷头的流固耦合分析

针对FDM热熔性3D打印喷头受孔径和结构限制,容易出现物料供给不通畅和容易堵塞的缺陷,提出了一种新型3D打印喷头。通过三段式结构,实现了在两段锥形截面中间加入过渡面和过渡圆角的方法,实现了打印喷头内部流体的改进。根据热熔性丝材的特性与流场理论,对新型3D打印喷头进行流固耦合分析,发现打印喷头的内部流体流动矢量分布均匀、流动方向一致,而新型打印喷头的变形很小,仅为实体结构尺寸的2. 5%,验证了新型3D打印喷头设计的合理性。     

基于FDM技术的多料口粒料3D打印 供料及挤料系统设计

FDM 3D打印机多采用由颗粒状热塑性材料加工而成的丝状热塑性材料,材料成本较高,且由于材料本身丝状的几何形状难以实现均匀混合,使得FDM彩色混色3D打印技术具有一定的局限性,难以实现多色混色打印。针对以上问题,根据传统挤出技术并结合熔融沉积(FDM)技术特点,研制了粒料式FDM 3D打印设备供料及挤出系统,原材料直接选用颗粒状塑料,并设计了多个进料口、储料仓和排气螺杆,进料采用穴播轮控制方式。设计结果可以实现不同颜色、不同塑料进料量的合理配比,使颗粒塑料实现充分熔化、加压、均化、排气、再均化、挤出过程,实现均质材质的粒料3D打印过程及多色混色打印过程。所提出的设计可以使用粒料直接进行3D打印,既降低了制料成本、缩短了制料周期,又实现了废料的有效利用,可为3D打印技术的发展提供参考。     

纤维增强树脂基复合材料的熔融沉积3D打印研究进展

介绍纤维增强的高分子复合材料的熔融沉积(Fused deposition modeling,FDM)3D打印原理,分别从打印工艺和应用进展等方面综合介绍国外进行的相关研究及取得的成就,并提出了纤维增强的高分子复合材料3D打印的不足及相应的发展方向。     

3D打印碳纤维复合材料的轨道车辆端部结构仿真研究

为进一步实现轨道车辆轻量化,本文首先对3D打印连续碳纤维复合材料进行了研究.然后,基于ABAQUS对用3D打印碳纤维复合材料制造的轨道车辆端部结构进行了仿真,分析了该构件的碰撞吸能性能和其失效模式,比较了不同铺层的复合材料车辆端部结构的不同碰撞吸能行为.研究表明,连续纤维有角度地错开了结构铺层,不仅可以提高材料的吸能量,还有助于应力在材料内部传递,从而缓解材料内部应力集中,也可降低碰撞接触力,减缓碰撞过程中的减速加速度与反弹加速度,减小回弹速度.     

含预埋元件热塑性复合材料共固化智能结构失效行为

预埋金属连接件并与碳纤维增强热塑性复合材料共固化是实现航空航天、汽车等重要工程领域结构高性能轻量化和智能化设计的有效手段之一,能够有效避免复合材料钻孔带来的力学性能损失以及纤维不连续引起的局部应力集中。该研究将金属连接件预埋入碳纤维/PA6预浸料,采用热压成型工艺制备共固化复合材料结构,考察预埋元件周围纤维连续与不连续结构形式对复合材料结构力学行为的影响,结合超声检测技术,分析智能连接结构损伤破坏模式,并建立相对应的有限元模型,探究因局部纤维结构形式不同所带来的复合材料力学性能和失效行为的差异。结果表明：预埋金属件周围的局部纤维结构形式对碳纤维增强热塑性复合材料的力学性能影响不大,但会带来不同的复合材料失效模式。     

利用模型分解的曲面分层五轴挤出打印装置及工艺

针对传统平面熔融沉积成型(FDM)只能在平面内排布丝材,导致零件力学性能差、表面粗糙度高、浪费材料等问题,研究了曲面分层五轴挤出打印装置及工艺。首先,以球面并联机器人作为双轴转动成型平台,结合经典的并联臂型三维挤出打印机,搭建曲面分层五轴挤出打印设备;然后,以底层曲面为基准,将零件的三维模型分解为按照打印顺序排列的曲面,每层曲面再分解为按宽度铺满曲面的丝材路径;之后,按照坐标变换公式和位姿反解公式在下位机控制软件Marlin固件中编写轨迹规划函数,解释并执行零件路径规划文件进行曲面分层五轴三维打印。通过对零件进行力学试验,相同零件的五轴挤出打印比三轴挤出打印,最大破坏力由(189.37±8.7) N提高到了(445.54±52.57) N,材料消耗减少了46%。因此,低成本、高精度的五轴三维打印设备能够打印高强度、高刚度、无支撑、表面粗糙度低的零件,在曲面结构打印、无支撑结构打印以及复合材料连续打印等方面有重要的应用前景。     

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。     

编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。     

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。     

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.     

用于梯度分布材料 3D 打印实验设备的开发

传统工艺制作梯度材料十分困难, 为此, 设计开发了用于梯度分布材料的 3D 打印工艺与实验设备,包括梯度建模、 控制系统及打印机械装置。 基于图像灰度变化, 建立了材料成分梯度的建模方法。 基于运动控制器设计了包括 X、Y、Z 三维空间位置轴和 U、V、W 3 种材料挤出轴的 6 轴联动系统, 具有运动轨迹规划及连续插补等功能。 开发了控制系统软件和硬件, 实现了材料比例输送与三维运动协调控制。 采用活塞挤出、 动态混合及直线三维平台设计, 构建了 3D 打印机械装置。 使用开发的实验设备, 采用不同颜色材料进行了梯度分布打印试验, 验证了开发实验设备打印梯度分布材料的可行性。     

三维机织物增强复合材料板材的研制

以玻璃纤维为原料,试织了4种结构的三维机织物,并采用手糊成型工艺制成三维机织物增强的复合材料板材,测试并分析了4种复合材料板材的拉伸性能和层间剪切性能.研究表明:织物的结构对拉伸力学性能的影响主要是织物内部纱线的屈曲程度和垂纱的贡献,对层间剪切性能的影响主要取决于垂纱参与层间连接的程度.     

碳纤维布加固剪力墙的正截面承载力计算

基于碳纤维布加固带暗柱剪力墙的实际工程需要,研究碳纤维布竖向双面粘贴加固剪力墙的正截面承载力计算模型,借鉴相关规范中有关剪力墙的设计方法及碳纤维布的受力特点,提出了碳纤维布加固剪力墙正截面承载力计算公式,以便于碳纤维布加固剪力墙理论的进一步研究和实际工程设计参考.     

混凝土结构层间力学性能的电学表征

以由碳纤维布作为界面层的混凝土及碳纤维混凝土为例,根据混凝土层间接触电阻的变化,对剪切荷载及弯曲荷载作用下的混凝土界面粘接性能及剪切强度进行电学参数变化实验.实验结果表明:素混凝土层间接触电阻随着层间粘接松动而增大,当发生粘接破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻随着剪切强度的增大而增大,发生剪切破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻的敏感性比素混凝土层间接触电阻对界面粘接及剪应力的敏感性要好,低应力作用下,碳纤维混凝土层间接触电阻随应力明显变化.     

On the liquid-phase technology of carbon fiber/aluminum matrix composites

The main problems with the liquid-phase technology of carbon fiber/aluminum matrix composites include poor wetting of the fiber with liquid aluminum and formation of aluminum carbide on the fibers' surface. This paper aims to solve these problems. The theoretical and experimental dependence of porosity on the applied pressure were determined. The possibility of obtaining a carbon fiber/aluminum matrix composite wire with a strength value of about 1500 MPa was shown. The correlation among the strength of the carbon fiber reinforced aluminum matrix composite, the fracture surface, and the degradation of the carbon fiber surface was discussed.     

Design and Manufacturing of a Composite Lattice Structure Reinforced by Continuous Carbon Fibers

Introduction Three dimensional lattice materials are made up of in- terconnected lattices of straight struts. These materials are optimized as light-weight structural materials, and can be synthesized from polymers or light-weight met- als[1-3]. As struct…     

耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备

将二聚酸(dimer acid, DFA)改性缩水甘油胺类环氧树脂(4,4'-methylenebis(N,N-diglycidylaniline)/N, N, N', N'-tetraglycidyl-2, 2-bis [4-(4-aminophenoxy) phenyl] propane, TGDDE/TGBAPP), 并和其他具有不同黏度的多官能环氧树脂组成环氧树脂预浸料体系, 制得了一种适用于热熔膜法制备碳纤维增强环氧树脂预浸料的环氧树脂体系及耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料. 研究结果表明: 该树脂的适用期达 60 d 以上, 固化物热稳定性达300 ℃ 以上; 复合材料具有较好的耐热性能, 长期使用其耐热温度可达 160 ℃ 以上, 符合高性能碳纤维增强环氧树脂复合材料对耐热性能的要求.     

碳－铝复合材料单元体的声发射特性

为更有效地利用声发射（ＡＥ）信息来研究碳－铝复合材料的破断机制，本文对比了组成该复合材料的３种基本单元体—铝基体、碳纤维（束）和先驱丝在拉伸过程中的ＡＥ行为，并统计分析其ＡＥ特性．鉴于与前两者相比，复合丝的破断方式更为复杂，因而着重分析了其ＡＥ特性与碳－铝界面、破断模式以及抗拉强度之间的联系．     

桥梁新型复合材料的发展应用

纤雏复合材料是土木工程特别是桥梁工程现今广泛发展的新型复合材料。以玻璃纤维、碳纤雏和芳纶纤雏为代表，介绍了复合材料的主要特性以及在桥梁工程中的应用，阐述了其良好的发展前景。     

外贴碳纤维粘贴界面应力集中研究

碳纤维片材与混凝土基层间的有效粘结是确保碳纤维加固混凝土结构成功的关键,也是确定碳纤维片材粘贴搭接长度的依据。外贴碳纤维加固混凝土抗弯和抗剪时,粘结界面由于材料介质的突然变化及边界条件不同,在界面会产生较高的剪切和法向应力集中,如果集中效应超过粘结强度时,会产生脱胶导致界面剥离破坏,使碳纤维修复混凝土梁目的失败.,故从解析和数值两角度来研究这种纤维粘结的应力集中效应。