具有钛框架增强结构的人工骨的降解规律

为了解决磷酸钙骨水泥(CPC)复合骨形态发生蛋白(BMP)植入体强度低的缺陷，提出一种钛框架／CPC／BMP复合结构的人工骨，并通过长达半年的动物实验及后续分析研究其降解规律，得出了这种植入体降解的动力学模型．研究表明：在植入动物体内后，CPC的孔隙率按对数规律递增，靠近植入体表面的孔隙     

基于信息继承的快速分层处理算法研究

分析了现有STL（STereoLithography)模型分层处理算法的优缺点，并在此基础上提出了一种基于信息继承的加快分层处理速度的算法。该算法根据三角形面片的最小z坐标建立了分层关系矩阵，利用该分层关系矩阵可大大提高搜索与分层平面相交的三角形面片的搜索效率，从而提高了分层算法的效率。该算法不但吸取了现有分层处理算法的优点，而且在计算第I层的轮廓线时，继承和充分利用了第I－1层已经有的几何邻接关系，加快了轮廓线的生成速度。实际应用表明，该算法高效，稳定，可靠。     

凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高等问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性,以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用扫描电子显微镜和X射线衍射等手段研究了碳纤维和SiC陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗SiC陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-SiC取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙;当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;碳化硅陶瓷高温(1 350℃)力学性能指标随着碳纤维体积分数增加,先增大后减小,当碳纤维体积分数为20%时达到最大,高温弯曲强度、断裂韧性分别为(343±19)MPa、(5.04±0.27)MPa·m~(1/2)。     

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。     

功能驱动的超材料结构数字化设计与3D打印

本文提出了一种以功能驱动的超材料结构数字化设计新方法,以实现电磁波传播方向90°偏折的伊顿(Eaton)透镜为典型应用目标,研究了其介电常数理论分布模型的数字化离散方法,获得了三维90°伊顿透镜介电常数离散化分布工程模型;通过理论计算建立起超材料单胞结构几何参数(木堆单胞结构柱宽ω与单胞尺寸a)与其等效介电常数之间的映射关系,从而实现三维90°伊顿透镜的工程模型向结构模型的转化;以光固化树脂(介电常数为3)、混合液体介质(介电常数从2.2到40)为原材料,采用光固化3D打印工艺,实现了液固耦合的三维90°伊顿透镜宏/微结构一体化制造;通过仿真和实验测试表明,所实现的三维伊顿透镜能够调控入射电磁波的传播方向,实现入射电磁波的90°偏折,且在12～18 GHz频段范围内具有宽频特性.本文所提出的数字化设计方法与3D打印工艺相结合,为实现面向电磁波传播调控的新型电磁波器件提供了一种途径.     

同轴送粉喷嘴气固两相流流场的数值模拟

在激光金属直接制造过程中,为获得较小特征尺寸和组织致密的熔覆零件,采用气固两相流理论对载气式同轴送粉喷嘴的内外流场进行了数值模拟,应用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末的流场浓度分布规律及汇聚特性.计算结果表明,同轴送粉喷嘴的焦点浓度在径向和轴向都近似服从高斯分布,在同轴送粉喷嘴锥角不变时,锥环间隙越小,粉末流场焦点处的浓度越大,聚焦半径和焦距越小,汇聚特性就越好.在同轴送粉喷嘴锥环间隙不变时,锥角过大或过小均不利于粉末汇聚,选择最佳锥角有利于获得最佳汇聚特性.在其他条件不变时,外层保护气体流速过大或过小也不利于粉末汇聚,当外层保护气体流速为6 m/s时,同轴送粉喷嘴粉末的汇聚特性最佳.因此,所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的设计和结构优化具有参考价值.     

基于二次曝光原理的光固化快速成型工艺研究

针对光固化立体造型技术中因层间收缩力所引起的原型翘曲变形问题，深入研究了激光功率、扫描速率、扫描间距等因素对固化深度、固化线宽的影响，并在此基础上实现了二次曝光法。利用分区域、变速度扫描等方法对传统的二次曝光法进行了改进，提出了改进的二次曝光法。实验证明，改进的二次曝光法不仅可以减小原型的翘曲变形，而且还消除了传统二次曝光法的层间错位缺陷，从而提高了原型的制作精度。     

快速成型中的支撑结构设计策略研究

从光固化法快速成型制造中支撑结构的作用及设计时应考虑的因素出发，以快速成型的成型精度为设计目标，以实验优化经验为修正，进行了支撑规则研究。面向ＳＴＬ模型，进行了待支撑区域的分类及分类技术研究；针对不同待支撑区域，提出了十字支撑类、带垂直板的单墙支撑类、斜板支撑类、轮廓支撑类、自由单墙支撑类等结构设计策略。研究结果有助于智能地完成支撑结构设计，可有效地保证快速成形的质量。     

2021年机械超材料热点回眸

近年来,受益于3D打印先进制造技术和机器学习设计方法的快速发展,机械超材料的研究取得了卓越的成果,实现了一系列自然界罕见甚至不存在的反常规、反直觉的力学性能.与自然材料不同,机械超材料的性质主要来源于人工结构而非材料本身化学组分,故而具有巨大的设计空间.2021年,机械超材料领域涌现出了一批非常优秀的工作.从机械超材料...     

一种用于激光固化快速成形的低翘曲光敏树脂的研究

针对在激光固化快速成形过程中,树脂的收缩引起零件较大变形的问题,研究制备了一种翘曲混杂型光敏树脂,这种树脂体系结合了自由基和阳离子聚合体系的优点,克服了鎓盐引发环氧阳离子开环光聚合的缺点,其固化速度接近于自由基型光固化速度,而且固化物的力学性能有所提高,用该树脂在激光固化快速成形机上实机制作零件,零件基本没有翘曲变形,这种低翘曲性树脂扩大激光固化快速成形技术在工业产品设计及开发中的应用范围,使制作精度达到了0.2%。