基于神经网络和遗传算法的三维打印工艺参数优化

分析了粉末材料三维打印(three dimensional printing,3DP)过程中影响成型精度的因素,采用试验的方法确定打印过程中的三维制件的收缩率范围。以"H"型工件为标准,建立了基于神经网络(neural network,NN)的制件尺寸精度误差和打印工艺参数之间关系的模型。以制件最小尺寸误差为目标,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)对3DP中的工艺参数如饱和度、层厚和X、Y、Z这3个方向的收缩补偿值进行优化,获得了相应的打印工艺参数。采用3DP默认的打印参数、打印参数的最小值、最大值以及NN-GA得到的参数进行对比试验。结果表明:采用NN-GA获得的工艺参数打印的制件的尺寸误差最小,可以预测3DP成型制件相对尺寸误差。     

基于RSM的三维打印参数对材料收缩率的影响

采用三维打印(three dimensional printing,3DP)成型的制件,经过干燥和后处理会在不同的方向上产生收缩现象,这严重影响成型制件的尺寸精度。将ZP310三维打印机作为试验平台,采用中心复合试验设计方法(central composite design,CCD)对打印参数进行实验方案设计.并用响应曲面法(response surface methodology,RSM)分析三维打印过程中饱和度和层厚对淀粉基混合粉末收缩率的影响,建立了三维打印成型过程中材料在X、Y、Z这3个方向上的收缩率与打印参数之间关系的数学模型。实验证明根据收缩率进行的误差补偿,降低了制件在不同方向上的尺寸误差。     

三维打印成形机理及其试验研究

利用自行开发的三维打印成形系统进行了石膏基复合粉末的三维打印成形试验，讨论了三维打印成形的机理。测试了制件的微观组织结构、机械性能以及三个方向上的尺寸精度，分析了各工艺参数对制件微观组织和宏观性能的影响，给出了三维打印成形的应用实例。试验结果为制定合理的三维打印成形工艺参数提供了依据。     

送粉式金属3D打印的技术现状及前景分析

送粉式金属3D打印,简称LDM,是通过送粉器将金属粉末输送到激光熔池,通过激光的辐射作用使粉末熔化和重新凝结,进而直接生产出金属制件.其具有产品成型尺寸大、加工迅速、可以实现复杂成分梯度打印等优点.而同时,又存在制件品质控制困难、制件外观粗糙等缺点.本文对送粉式金属3D打印的技术现状做了总结,并分析了其进一步的发展方向...     

面曝光快速成形系统制作工艺参数的优化研究

应用田口方法的信噪比(SN)对液面曝光辐照度、曝光时间、液面等待时间及面收缩补偿系数4个主要影响面曝光快速成形的因素进行了优化试验研究。采用自由度为26的L27(313)形式的正交表,通过实验得到各个因素不同水平对应的制作零件尺寸误差的信噪比。实验结果的直观分析和方差分析表明:面收缩补偿系数、液面曝光辐照度、面收缩补偿系数与液面曝光辐照度的交互作用及液面等待时间对制作精度有显著影响;面收缩补偿系数与液面等待时间之间的交互作用对制作精度有一定的影响。针对面曝光快速成形系统,得出了以曝光平面内的制作精度为优化目标的制作参数的最佳组合。试验结果表明:在最佳的制作工艺参数条件下,曝光平面内的制作误差在±10μm范围内,显著提高了面曝光快速成形制作精度。     

FDM出丝过程对制件表面质量的影响及优化研究

随着熔融层积成型技术(FDM)近年来受到越来越多的关注,制件的表面质量成为了除尺寸精度之外制约其应用的重要方面之一。制件表面质量受诸多因素综合影响,且缺乏明确的量化评价标准。因此重点分析了出丝过程的工艺参数对表面质量的影响,结合实验研究了相关参数的实际效果并总结了量化的设置值。最后以此为基础提出了优化制件表面质量的措施,经验证这些措施能有效提高制件的外观效果。     

光固化快速成形精度影响因子的优化

为提高快速成形工艺的精度，利用Taguchi方法对影响扫描平面内成形精度的主要因子（扫描速度、线宽补偿、树脂收缩补偿系数及扫描间距），进行了优化实验研究。通过对实验结果的信号干扰比进行方差分析，发现扫描间隔、线性收缩补偿系数以及扫描速度与扫描间隔的交互作用对扫描平面内制作精度有显著影响，扫描速度与线宽补偿的交互作用及扫描速度与线性收缩补偿的交互作用对制作精度有一定的影响。针对高分辨率激光快速成形系统，得出了以扫描平面内制作精度为优化目标的制作参数的最佳组合。验证实验结果表明，最佳制作条件下制件的误差已减小到3μm，表明最佳因子组合方案是合理可行的，该参数的最佳组合可显著提高制作精度。     

薄壁注塑件保压工艺的CAE分析及优化

保压阶段是注塑成型工艺的重要环节,保压工艺设置不恰当就会引起模腔中的压力分布不均匀,引起制件的翘曲变形、尺寸精度下降等严重的质量问题。介绍了薄壁注塑成型的定义,分析了保压工艺对薄壁制件成型的影响以及常见的保压方式对模腔压力分布的影响,利用Moldflow软件进行数值模拟,调整保压曲线,均衡模腔中的压力分布,并进行了注塑实验验证,结果表明：保压工艺对注塑件的翘曲变形有着显著的影响,与恒定保压相比,先恒压后线性递减的保压方式可获得较均匀的模腔压力分布,制件的体积收缩较均匀,制件的成型质量较好。     

方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究

成形精度低是制约金属板料渐进成形技术推广应用的重要因素。通过对方锥形渐进成形制件的精度测量发现,制件拐角处和高度方向尺寸精确,而侧壁处产生鼓凸,侧壁中心位置鼓凸高度最大。针对方锥形渐进成形制件的侧壁鼓凸问题,提出了一种变形求解方法,并将求解结果与实际测量结果进行对比,发现结果基本吻合。根据构建的侧壁形面模型,建立了方锥形渐进成形制件的补偿工艺,试验证明该工艺可以显著提高方锥形渐进成形制件的尺寸精度。     

基于螺杆泵送料的陶瓷三维打印机挤出机理

微流挤出堆积成形精度主要受打印材料和工艺参数的影响。为了提高陶瓷制件的打印精度，采用螺杆泵输送浆料，以保证浆料连续进给、压力恒定，实现非连续打印；对打印材料进行流变特性分析，根据打印平台结构参数计算挤出速度与流量；最后，建立数学模型，将材料流变特性与平台运动参数合理匹配，并进行了相关实验。实验结果与理论计算结果相一致，验证了送料机构与该数学模型可提高打印精度。     

FDM 3D打印P LA/木粉复合材料翘曲变形影响因素分析

翘曲变形是影响FDM 3D打印制件质量的一个重要因素。实验以PLA/木粉复合材料丝材为成型原料打印试样,通过正交实验研究了喷嘴温度、平台温度和层厚对试样翘曲量的影响。研究结果表明,三因素中对翘曲量的影响依次是层厚喷嘴温度平台温度,当喷嘴温度在190℃～200℃,平台温度在50℃～80℃,层厚设置为0. 2mm～0.3mm,打印的试样翘曲量比较小。这一点在正交实验中当喷嘴温度190℃,平台温度60℃,层厚0.2 mm时,试样的翘曲量达到最小为0.1mm,得到验证。     

基于微滴喷射的3DP工艺中渗透误差补偿算法

在微滴喷射3DP工艺中,由于粘结剂渗透引起的误差是影响打印模型精度的主要因素之一,为了得到高精度的打印模型,减小渗透误差的影响,需要对渗透误差进行补偿。因此,针对微滴喷射工艺渗透误差提出了一种补偿算法,将渗透误差分解成为Z方向以及XY方向的两个分量后,依次对它们进行补偿。采用基于点偏移的补偿方法对Z方向渗透误差分量进行补偿,保证了STL模型补偿前后的完整性,简化了计算模型,实现了Z方向误差的补偿。然后采用基于分层平面偏移的分层补偿方法对XY方向渗透误差分量进行补偿,在分层过程中依据STL模型每个层面上三角面片角度特征进行相对应的分层平面偏移的补偿计算,实现了STL模型XY方向渗透误差分量的补偿。经过试验验证：通过先后对设计样件进行Z方向渗透误差分量补偿与XY方向渗透误差分量补偿计算,实现了对STL模型的渗透误差补偿功能。补偿后的尺寸误差以及圆度误差明显减少,综合补偿后打印样件尺寸更加接近设计尺寸,使其精度得到了提升。     

熔融沉积成型(FDM)精度影响因素分析及补偿方法探析

本文从FDM打印原理、过程、参数设定、打印后处理等多个方面分析影响打印精度的因素,提出改进补偿措施,具有一定的参考意义。     

FDM工艺出丝模型及补偿方法的研究

在研究FDM工艺喷头挤出丝截面形状的基础上，建立了理想轮廓线的补偿模型，并通过实例对该模型进行了验证。提出了根据挤出丝实际宽度（而非喷嘴孔直径）和零件尺寸实际收缩量补偿零件内外轮廓的新方法，即不仅要考虑材料收缩对零件“宏观”尺寸的影响，而且还需考虑材料收缩对“微观”尺寸－挤出丝截面宽度的影响。验证试验结果表明，应用所提出的补偿方法能对FDM工艺原型尺寸进行正确补偿。     

FDM工艺参数对制件表面质量的影响分析与实验研究

为了提高FDM工艺下的制件表面质量,通过分析分层高度、打印头的移动速度、喷嘴挤出速度等工艺参数,得到阶梯表面误差与分层高度之间的关系。建立丝宽补偿模型,得到打印制件表面成型质量的评价因子。通过实验研究,验证阶梯表面误差与分层高度和角度之间的关系,以及不同分层高度下,打印头移动速度和喷嘴挤出速度与表面质量之间的关系。可知当分层高度为0.1 mm,打印头移动速度为33 mm/s,喷嘴挤出速度为29.2 mm/s时,制件表面质量可达6.4μm,具有一定的实际应用价值。     

基于FDM的工艺品模型制作

传统加工方法无法满足多数工艺品模型制作周期短、单件小批量的要求。而FDM快速成形技术以其制作速度快、无污染、成本低等特点,可以解决上述问题。针对大雁塔模型在制作过程中由于加工工艺参数、加工的设备等因素产生的制件冷却收缩变形以及开裂等缺陷进行分析。提出了减小制件冷却收缩变形的方案,优化了加工工艺参数,从而提高了制件的质量和制作的效率。     

工艺参数对并联3D打印机成型精度影响分析

为提高并联3D打印机的打印成型精度,针对影响其打印成型精度的主要工艺参数进行试验分析,对打印头温度、打印速度、分层厚度和工作平台温度这四项工艺参数设计4因素3水平的9组正交试验,通过因素极差图和方差分析,研究各个因素水平对打印件x、y、z方向尺寸精度、圆孔直径和表面粗糙度的影响程度,并得到对打印成型精度影响较小的最佳工艺水平组合。结果表明,打印头温度、分层厚度对打印件尺寸精度影响较为显著,打印速度对表面粗糙度影响较为显著。     

电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

为了实现高粘度导电材料在3D打印制造嵌入式封装电子产品中的高精度打印,本文通过理论分析与实验验证相结合的方法,揭示了喷嘴结构与电场对流体流速与液滴形态的影响,最终得出相同气压下,喷嘴尖端处越短,截面收缩越大,液体流速越快;电场除了对液滴有收缩形成泰勒锥的作用,还会影响液体流速;对于超高粘度导电材料的打印,对打印结果影响最大的因素是气压与平台移动速度,在一定气压与电压范围内,打印均能实现,而通过调整平台移动速度可改善喷印质量。研究成果对改善高粘度导电材料的3D打印形貌、成型精度和可控性提供了理论基础和方向指导。     

面向软体机器人的3D打印硅胶软材料实验研究

基于自主搭建的直接喷墨打印式打印平台，以DC737硅胶为打印材料，分析了挤出系统的力学模型，以确定工艺参数的类型；采用单因素试验确定了适合打印的层厚、打印速度和驱动压力的参数范围；采用正交试验研究了各工艺参数对打印时间、尺寸误差的影响规律，并成功应用到软体机器人的本体打印上。研究结果表明：在一定范围内，打印速度对打印时间的影响最为显著，而对尺寸误差影响最大的是驱动压力，最优工艺参数为层厚0.4 mm、打印速度15 mm/s、驱动压力124 110 Pa(18 psi)。使用最优参数组合打印出了软体毛毛虫，并进行了动态性能实验，验证了高效、高精度3D打印软体机器人的可行性。     

光-热双固复合材料3D打印成型数值模拟及实验验证

光-热双固化碳纤维增强复合材料3D打印成型综合了增材制造零件高精度无模快速成型和热固化基质材料力学性能优良的优势,具有广阔的应用前景。针对光-热双固化复合材料制件变形带来的制件疲劳寿命降低以及连接装配损伤等问题,综合考虑光固化动力学、热固化动力学及固化变形建立了光-热双固复合材料成型的多物理场理论模型,研究了复合材料光-热双固3D打印成型过程中单层固化厚度、光-热双固数值材料组分及纤维含量和长径比对制件变形的影响,并通过实验验证了模型及理论分析结论的正确性。结果表明,增加单层固化厚度从而减少分层数可以降低制件固化后的应力应变和翘曲变形;光-热双固化树脂中光固化树脂分数增加会使制件的翘曲变形量增大;提高纤维体积分数和纤维长径比可以降低制件膨胀系数,从而降低制件的翘曲变形量。复合材料光-热双固化3D打印成型过程的多物理场建模计算方法可以为相关研究提供借鉴,基于该方法的研究结果对于优化工艺参数从而提升成型质量具有参考价值。