中国应从“制造车间”发展为“世界制造工厂”

由中国国家自然科学基金委员会(NSFC)、吴贤铭基金会(美国)主办，中国机械工程学会(CMES)、美国机械工程师学会(ASME)、美国科学基金会(NSF)协办，西安交通大学承办的第6届海内外青年设计与制造科学会议暨第6届吴贤铭制造科学会议”(ICFDM’04)于2004年6月21～23日在西安召开。会议目的是推动设计与制造科学研究和技术发展，加强设计制造科学领域海内外学者学术交流与合作。     

节水灌溉微滴头的快速开发

阐述了节水灌溉设备的关键部件微滴头的快速开发过程，介绍了根据流道的流体力学原理进行的微滴头迷宫形流道设计，面向工艺的结构CAD模型生成，利用快速成形制造技术进行样件的快速制备。实现了节水微滴头的快速开发，开发的微滴头可直接应用于灌流实验和生产实际中。 (将发表在《西安理工大学学报》2001 Vol.17 No.2)     

凝胶注模制备空心涡轮叶片陶瓷铸型的颗粒偏析控制

针对凝胶注模制备大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型产生的颗粒偏析导致铸型均匀性降低、烧结产生变形甚至开裂等问题,以铸型高度方向上的密度变化为评价指标,主要研究了颗粒级配、固相含量、球磨时间、振动等因素对于铸型颗粒偏析的影响,并利用样品粒度分布和微观结构进行佐证。结果表明:当颗粒级配为40μm/5μm、固相体积分数为60%、浆料球磨时间为60min、充型时施加振动频率为60Hz、幅值为3mm时,陶瓷铸型密度梯度最小。成功制备了高度为150mm、上下密度梯度仅为0.89%(密度差异值为0.018g/cm3)的均匀陶瓷铸型,完全满足大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型的均匀性要求。     

凝胶注模成型氧化铝基陶瓷坯体的冷冻干燥缺陷控制

采用凝胶注模成型技术制造复杂精铸件陶瓷铸型的过程中,铸型坯体会产生内部裂纹等缺陷,严重影响铸型质量。为此,采用三维CT检测技术,通过实验跟踪内部裂纹产生的过程,发现在冷冻干燥失水率(质量比)为20%~60%时,坯体容易产生裂纹。基于冷冻干燥理论,对裂纹产生的机理进行了分析,结果表明:在坯体冷冻干燥过程中,若冻结层温度高于其共晶点温度(-3.6℃),将使冻结层融化,致使其强度急剧下降,从而导致裂纹产生。为了降低坯体冻结层温度,将干燥供热板温度从15℃降低为-5℃,并在坯体内部设计直径为0.8mm的通孔结构,结果表明:采用这2项措施后,当坯体失水率为20%~60%时,可保证冻结层温度低于-3.6℃,有效避免裂纹的产生。     

一种板料弯曲及回弹计算的新方法

针对复杂弯曲问题,提出了“状态属性”的概念,建立了“状态坐标”算法从而有效地降低了计算的复杂程度。应用“状态坐标”算法,以纯为例,对循环加载下的弯曲应力和回弹变化规律进行了分析计算,得到了一些有意义的现象和结果。     

光固化快速成型中零件变形机理的研究

以光固化快速成形过程 的零件变形为研究对象,详细分析了收缩力产生的根源及其作用原理,根据树脂固化时必然产生的收缩及层累加的特点,提出了收缩力、面分布载菏的概念;根据零件在成型过程中结构变化的特点,提出了时变刚度的概念,基于此,建立了零件成型过程中的力学模型,揭示了成型过程中零件变形的本质问题,通过实验研究了零件的变形问题,实验结果证明了理论分析的正确性,由此提出了改进扫描工艺的分区域扫描策略,显著地减小了成型过程中零件的变形,提高了成型零件的精度。     

采用立体编织工艺构造人工骨仿生微结构

为了实现人工骨植入体内的有效活化,应用立体编织法制作人工骨的微管结构.以CAD设计人工骨的微结构,用三维立体编织技术将可吸收手术缝合线编织成人工骨微结构支架的负型,为控制人工骨的微管尺寸,在缝线上涂敷Ⅰ型胶原蛋白,在编织物内充填自固化磷酸钙骨水泥(CPC),固化后形成含有微孔结构的人工骨.实验表明,缝线的降解速度高于CPC的降解速度,能够早期在人工骨内部形成相互导通的微管道结构,这不仅有利于骨生长,还可以促进人工骨的活化,同时还具有一定的力学强度,可望用于骨缺损的修复.     

二代定制化双动半膝关节假体的设计及其韧带附丽相关的研究

摘要：针对一代双动半膝关节定制化程度不高,缺少有效的韧带附丽系统等问题,设计出具有有效韧带附丽的二代双动半膝关节假体,并提出半膝关节韧带附丽概念。通过计算机软件技术设计路线,在一代双动半膝关节假体的原理和基础上进行韧带附丽装置设计和高度个体化仿生设计。利用快速成型技术制造的树脂假体模型进行在此韧带附丽装置下韧带附丽点的选择、韧带的走行与规律、及假体初始安装角度等探索性实验。二代双动半膝关节假体能够有效进行关节韧带重建,并保持良好的稳定性和运动功能。实验表明,选取接近生理状态下的韧带附丽点,并使用LARS韧带进行韧带重建时,双动半膝关节假体的最佳初始固定角度是关节屈曲105°的状态,此时胫骨前向松弛度为5.96±0.05mm,后向松弛度5.00±0.03mm二代双动半膝关节假体设计较一代更为合理有效。韧带附丽装置和附丽概念为膝关节韧带重建提供新的思路和方法。     

光固化快速成型树脂涂层厚度的研究

介绍了光固化成型中的树脂涂层厚度的控制问题，从理论和实际上论证了涂层过程中影响树脂涂层厚度的主要因素是刮板间隙，流道内的压力降以及涂层速度。研究结果显示，由于树脂流道内的压力降很小，因此涂层速度及树脂粘度的变动对涂层厚度的影响也很小。在涂层过程中，对涂层厚度影响最大的因素为刮板间隙，在刮板间隙上于10倍涂层厚度的情况下，涂层厚度接近于间隙大小的1／2，其波动将影响涂层质量及成型过程。根据实验结果，对刮板间隙进行了优化，结果显示涂层厚度偏差的平方和达到最小值。     

PEGDA水凝胶的光固化成形工艺及其性能评价

采用光固化成形技术制备三维结构软骨组织工程聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶,并对其成形工艺参数进行对比研究.对聚乙二醇(400)双丙烯酸酯(PEG(400)DA)溶液光固化成形单条线及单层面的形貌尺寸进行测量,研究PEG(400) DA体积分数、激光扫描速度以及扫描线间距等参数对测量结果影响.对制备的PEGDA水凝胶成形尺寸、成分、吸水率、压缩弹性模量等进行评价,结果表明:随着曝光量以及φ(PEG(400) DA)的增加,水凝胶单条线的固化厚度与固化宽度均增加;随着激光扫描填充向量间距的增加,水凝胶单层面的固化厚度减小;随着φ(PEG(400) DA)的增加,固化后的水凝胶吸水率降低,压缩弹性模量增大.采用φ( PEG(400) DA)为30％的溶液,激光器功率为0.1W,扫描速度为1 800 mm/s,填充向量间距为0.15 mm,能够制备出定制化膝关节水凝胶软骨支架,其吸水率为191.67％,平均压缩弹性模量为0.75 MPa,满足软骨组织工程的需求.