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。     

熔融沉积快速成形工艺控制研究

以一种自主开发的改性聚丙稀为成形材料，研究其熔融沉积快速成形的工艺特点轴时，对影响该工艺的各种参数如喷嘴温度，材料性能，分层厚度，填充速度，出丝速度，填充偏置和网络间距等进行实验分析。在此基础上，提出了提高快速成形实体的精度及表面质量的一系列措施，取得了良好的成形效果。结果对于ＦＤＭ工艺中有关新成形材料的开发及成形工艺参数优化控制的深入研究，提供了重要的依据。     

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。     

FDM成形工艺对轻量化液压阀块力学性能的影响

结合增材制造轻量化、节能化液压阀块的设计准则,设计了一种轻量化液压阀块,利用熔融沉积成形技术（FDM）制造成形。通过正交试验研究FDM成形工艺中的打印温度、层厚和填充率等因素对液压阀块力学性能的影响。结果表明,三因素对液压阀块试件最大承载力的影响由强到弱依次为层厚、打印温度、填充率,其中,层厚对试件最大承载力影响显著,三因素交互作用对试验结果没有影响;当打印温度为190℃,层厚为0.3 mm,填充率为20%时,试件具有最大承载力;三因素对试件总吸能性的影响与其对试件最大承载力的影响结果一致,验证了该液压阀块力学性能正交试验结果的正确性。     

基于制件尺寸规格与评价指标的熔融沉积工艺参数优化

熔融沉积制件尺寸规格不同将引起尺寸精度差异性问题,对采用不同评价指标优化工艺参数时会引起错误导向。为此,文中针对3种尺寸规格试样,以层厚、填充速度、喷头温度和填充率为因素,以尺寸误差、偏差和打印时间为质量评价指标,采用Taguchi正交实验法,研究不同尺寸规格与评价指标对熔融沉积工艺参数优化的影响。实验结果表明:3种试样沉积时存在尺寸精度差异性,不同组的等效尺寸偏差值和各方向尺寸偏差值呈波浪递增趋势,且前者波动幅度随尺寸规格的增大而减小;两种精度指标有优劣之分,偏差指标更为科学合理;由打印时间指标得到的因素影响顺序相同。文中最后对比了因素优水平数据结果,提出了不同质量要求下3种试样的工艺参数组合优化方案。     

基于小波神经网络熔丝堆积三维打印精度预测模型

摘要： 熔融沉积快速成形是一个多参数耦合的非线性过程,大量成形参数对成形件精度具有重要影响.为了弄清各个工艺参数对成形零件精度的影响,提高熔丝堆积三维打印产品精度,运用Matlab软件建立了利用成形工艺参数预测产品精度的小波神经网络模型,完成了算法设计.通过熔丝堆积三维打印实验采集样本,利用训练样本对所建立的网络进行训练,完成网络输入输出精度映射关系,并利用测试样本对所训练网络进行检验.仿真试验表明,产品精度预测模型具有很高的精度,验证了该预测模型在理论和实践上的可行性、有效性.把小波神经网络方法运用于熔丝堆积三维打印参数与成形产品精度之间的建模,解决了难以用数学方法建立精确模型的问题.     

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.     

多道次辊弯成形动力显式仿真的虚拟速度

为保证多道次辊弯成形仿真的计算精度并提高计算效率,研究了虚拟成形速度对计算精度和计算效率的影响．与现有文献的实验数据进行对比,通过系统能量分配原理给出确定合理虚拟成形速度的准则,并以实际生产中的10道次辊弯成形冷弯型钢的动态仿真算例验证了该准则的有效性．     

3D打印聚醚醚酮复合材料人工骨的成型参数优化

为了提高3D打印聚醚醚酮(PEEK)人工骨与人骨力学性能匹配度,同时改善PEEK材料生物活性,使用羟基磷灰石(HA)增强生物活性的PEEK丝材,对熔融沉积成型(FDM)PEEK/HA复合材料的成型参数进行了优化。设计了正交试验,对填充方向、打印速度、分层厚度和打印温度等重要因素对试样力学性能的影响规律进行了研究。采用三维全场应变测量分析系统对试样在力学试验中的应变场进行测量,采用微米X射线三维成像系统对试样内部缺陷进行分析,得到了各因素对试样力学性能的影响规律,获得了优化打印参数,并通过细胞黏附与增殖试验验证了PEEK/HA材料的生物相容性。试验结果表明：各因素对拉伸强度的影响程度由大到小依次为打印速度、填充方向、分层厚度、打印温度,最大拉伸强度为69.63 MPa;对弯曲强度的影响程度由大到小依次为填充方向、打印速度、分层厚度、打印温度,最大弯曲强度为99.5 MPa。优化参数打印的PEEK/HA试样的力学性能与人皮质骨相当,且具备了良好的生物活性。     

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%.     

冰雪颗粒3D打印的材料填充算法

北京冬奥会的召开,必将激发中国冰雪运动的发展,冰雪景观建造和修补的需求也会扩大,为解放人力而提出了冰雪3D打印机器人的研究课题,针对冰的物理特性,提出颗粒材料的3D打印方法。采用六方紧密堆积的规律,对颗粒的填充规划算法进行了研究。读取STL模型文件数据,研究了三角面片和切平面的匹配方法,提出采用黄金分割的匹配计算方法。针对分层后轮廓的颗粒填充问题,提出采用平面颗粒填充网格模板与轮廓曲线进行比较筛选的规划方法。计算实例证明：黄金分割查找实现三角面片与切平面匹配比二分法具有更高的效率;这种颗粒材料填充规划算法对复杂的实体造型均有效。     

凹小圆弧金刚石砂轮电火花修整试验研究

多槽凹小圆弧成形砂轮难以高精度、高效率修整的问题严重限制了其在精密磨削的应用.本文阐述了成形电极电火花修整凹小圆弧成形砂轮的原理，通过单因素试验研究设计出最佳加工参数组合，利用高精度车刀装置修整了紫铜电极车成砂轮对应的V形槽轮廓形状后进行逐级减能的电火花修整多槽凹小圆弧成形砂轮研究，完成了2 500#粒度和1 000#粒度成形金刚石砂轮修整验证，并磨削了石墨片试件进行检测.试验结果表明该方法在较高效率下控制了砂轮表面质量与轮廓精度，具有一定指导作用.     

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。     

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.     

增材制造中填充方式研究综述

对增材制造(3D打印)模型数据处理中分层线框轮廓的填充方式进行综述．针对不同的适用场景,将常用的3D打印工艺按照填充方式分为按路径连续填充和按需式阵列填充,对这两类填充方式进行了分析和对比．按路径连续填充的路径规划方法主要包括平行线填充路径、轮廓偏置填充路径和混合填充路径,按需式阵列填充的算法主要包括扫描线填充算法、边界标志填充算法、种子填充算法和扫描线种子填充算法．同时针对前沿的3D打印中的填充方法,结合具体实例阐述了多自由度的空间填充方法、多方法集成的填充方法和非均质零件的填充方法,并指出了3D打印填充方法的改进方向．     

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.     

基于矩阵分析法的FDM样件翘曲变形参数优化研究

为了解决熔融沉积3D打印成型过程中常见的翘曲变形问题,对影响成型件翘曲变形的主要因素喷嘴温度、填充速度和分层厚度进行分析并制定了正交试验方案.采用矩阵分析方法,分析了三因素对翘曲变形量的综合影响程度,得到了最优工艺参数组合:喷嘴温度为215℃,填充速度为60mm/s,分层厚度为0.2mm.综合影响的显著程度由高到低依次为填充速度、分层厚度和喷嘴温度.     

气溶胶喷射打印系统成形宽度影响因素分析

在分析气溶胶喷射打印技术工作原理的基础上,利用商用压电陶瓷雾化片和自行设计制造的喷印头,构建出由气溶胶喷射打印装置、温度控制装置和运动控制装置3部分构成的气溶胶喷射打印系统。以纳米银导电油墨为对象,采用单参量对比实验分析法,研究鞘气流量、载气流量、喷嘴与衬底间距、打印速度、打印层数等因素对打印成形宽度的影响。结果表明:随着载气流量增大、层数增加,纳米银导电油墨沉积成形宽度增加;在实验参数范围内,载气流量和打印层数对成形线宽影响明显,且呈正相关;线宽随着鞘气流量的增大先减小后增大;喷嘴与衬底间距在15~45 mm范围内对线宽无明显影响;在喷嘴直径为200 μm,鞘气流量为50 mL·min-1,载气流量为3 mL·min-1,喷嘴与衬底间距为3 mm,衬底移动速度为3 mm·s-1,打印层数为6～8层,加热板温度为80 ℃时,可获得最小宽度为26 μm,高度为7 μm的均匀线条,这也是纳米银导电油墨喷射打印的最优工艺参数。     

基于多元逐步回归分析的3D打印模型性能研究

为满足医生对脊柱畸形患者的可视化诊断和病例打印模型低成本高效率的制造需求，本文设计了层高、外壳层厚、底部/顶部厚度、填充密度、打印速度、打印喷头温度、平台温度等7个参数的混合正交试验，采用3D打印中的熔融沉积技术打印标准试样，利用多元逐步回归法建立打印参数与打印模型密度、最大压缩力、抗压强度的函数模型。结果表明：最大压缩力和抗压强度性能均与填充密度、外壳层厚、层高构成了三元一次线性函数模型，密度性能与填充密度、外壳层厚、顶部/底部厚度构成了三元一次线性函数模型。     

平面凸台零件轮廓拐点处过切现象产生原因及改进措施①

数控铣床对于平面凸台类零件加工优势明显,一般平面凸台零件具有直线、圆弧或曲线的二维轮廓表面,然而在数控铣床加工平面凸台零件过程中容易出现拐角处过切的质量问题,将直接影响到零件的精度和质量。通过比较数控铣削加工中常用的FANUC系统和SINUMERIK系统研究发现,通过改善刀具加工过程中轮廓拐角特性,可以很好的解决轮廓拐点过切问题,除了准确定位指令G09、G60/G61外,SINUMERIK系统提供的拐角特性指令指令G450、G451及FANUC系统提供的自动拐角倍率指令G62都可以用来在相应的系统中改善轮廓拐角特性,从而能很好地解决铣削加工中的过切问题。