陶瓷挤出和喷射增材制造技术研究进展

增材制造技术被认为是解决复杂结构陶瓷零部件制造的有效新途径之一.其由点-线-面-体累加成型的制造过程还为具有特殊宏微观结构的陶瓷零部件赋予了一体化的结构功能特性.综述了熔融沉积造型、挤出直写、喷墨打印以及粘接剂喷射等四种基于挤出或喷射成型原理的陶瓷增材制造技术的历史起源、工作原理、原材料制备以及打印工艺研究等内容,并结合研究实例探讨打印件性能与应用研究.通过不同技术的特点对比,提出目前陶瓷挤出喷射增材制造技术面临的主要挑战并进行了展望.     

陶瓷挤出和喷射增材制造技术研究进展

增材制造技术被认为是解决复杂结构陶瓷零部件制造的有效新途径之一.其由点-线-面-体累加成型的制造过程还为具有特殊宏微观结构的陶瓷零部件赋予了一体化的结构功能特性.综述了熔融沉积造型、挤出直写、喷墨打印以及粘接剂喷射等四种基于挤出或喷射成型原理的陶瓷增材制造技术的历史起源、工作原理、原材料制备以及打印工艺研究等内容,并结合研究实例探讨打印件性能与应用研究.通过不同技术的特点对比,提出目前陶瓷挤出喷射增材制造技术面临的主要挑战并进行了展望.     

浆料直写陶瓷3D打印挤出环节的流动分析研究

利用浆料直写技术可实现陶瓷3D打印的无模常温成型,基于螺杆挤出机在食品加工等领域的广泛应用,提出一种螺杆挤出结构代替原有的针筒式挤出结构,为了理解陶瓷浆体在螺杆螺道内的流动情况,首先通过流变仪测定了浆体的流变特征并采用MATLAB拟合了浆体的本构方程,最后利用格子Boltzmann方法(LBM)对流动过程进行了分析,获得了流线图及速度场分布情况,由数值模拟的结果可以发现,浆体的流动主要集中在螺道的中部,而在靠近壁面的部分速度较小.     

对双螺杆挤出机的模拟研究

通过流体分析软件ANSYS对塑料双螺杆挤出机的熔体输送段以及模口挤出段进行了流场模拟,做出了模口特性曲线、螺杆特性曲线和挤出机的有效工作图.利用该图可以讨论螺杆和模口的联合设计,丰富挤压理论,促进挤出理论的进一步发展,为双螺杆挤出机的设计,以及对现有设备的更有效利用提供理论依据和实践指导,该方法为研究开发工作节约大量的资金和能源,缩短了开发周期.     

基于增材制造螺杆转子结构轻量化设计与分析

根据增材制造的成型特点,针对传统实体结构螺杆转子加工程序繁琐和耗材较多的问题,提出对传统实体结构螺杆转子轻量化设计思路;通过对螺杆转子内部结构的空腔化设计,建立三维实体模型,分析螺杆转子的实际工况,利用ANSYS Workbench对新型结构螺杆转子进行结构特性分析,并得出新型结构螺杆转子可以满足实际工作需求;利用增材制造的成形特点对螺杆转子内部进行空腔化设计,达到轻量化要求。     

一种消费级3D打印丝材挤出成型装置设计

以某项目研制的3D打印丝材挤出成型系统为研究对象,该系统是基于高分子材料挤出成型理论开发而成,旨在解决FDM型3D打印耗材价格高、废弃耗材难以再利用等问题。该系统螺杆采用自主设计的渐变型螺杆;动力部分采用步进电机,有效提高了挤出稳定性。此外,还设计开发了新型耗材牵引装置,并创造性地采用了麻花轴耗材导向装置,解决了耗材卷取过程的导向问题。整个装置总体结构设计精巧、紧凑、成本低且操作方便,希望能够为相关专业研究提供帮助。     

三维陶瓷零件低温沉积过程挤压力建模及自适应控制

在CNC机床上开发出一种新的三维陶瓷零件增材制造装置,在低于材料凝固点的温度下,将高固相膏体状陶瓷进行分层沉积成型,形成三维陶瓷材料零件。但在该三维零件沉积成型过程中,配置好的Al_2O_3材料由于挤压作用,会产生结块。当结块分解,膏体中气泡释放以及储料器中材料不断减少时,导致沉积过程的挤压力不断变化,使得成型过程不稳定,成形零件质量差。在分析三维陶瓷零件沉积成型过程的干扰因素的基础上,根据试验,建立了沉积过程中挤压力的动态模型,采用递推最小二乘方法进行系统辨识,完成了自适应挤压力控制器的设计,并进行了低温沉积控制过程仿真和实验。结果表明:该动态模型可以有效的描述陶瓷零件沉积过程的挤压力变化,所设计的自适应控制器可以有效的跟踪不同种类的参考挤压力的变化,实现稳定的三维陶瓷零件沉积过程。     

聚合物动态挤出过程多变量数学模型研究

以聚合物动态流变综合测试仪为实验装置,通过实验方法,找出在聚合物动态流变测试塑化挤出过程中影响熔体温度与熔体压力的主要因素,分析了其动态特性,并在此基础上首次提出了熔体温度与熔体压力关于模头加热器功率、螺杆转速的多变量传递函数矩阵形式数学模型.     

TiC-H_2O纳米流体流变及传热特性研究

通过"两步法"制备出分散稳定性能好的TiC-H_2O纳米流体,并研究了其流变特性及传热特性。结果表明,分散剂质量分数会影响纳米流体黏温特性,纳米流体随剪切速率的变化而表现出不同流体状态,纳米颗粒质量分数及粒径均会影响流体传热特性。     

陶瓷增材制造技术在齿科领域的应用现状

陶瓷材料因其生物相容性、化学稳定性、机械强度和美学特性而广泛用于牙科领域,以修复、替换受损或缺失的牙齿.但是,陶瓷产品在加工生产方面存在一些问题,需要对生产过程进行非常严格的控制,才能获得具有足够机械性能的牙齿件.增材制造是一项新兴技术,该技术能够以可持续、更经济的方式生产定制复杂的齿科产品.尽管增材制造前景非常光明,但目前陶瓷增材制造齿科材料的研究仍不足,需要做进一步的工作才能使其广泛应用于齿科领域,因此综述了陶瓷材料增材制造在牙科领域的应用现状,介绍了主要的可打印材料、最常用的技术以及应用案例,并总结了齿科陶瓷增材制造发展面临的挑战.     

电弧增材制造与铣削复合加工系统与工艺研究

针对目前电弧增材制造过程中存在的设备成本高和零件成形效果较差等问题,设计出一种电弧增材制造与铣削的复合加工系统与工艺。该工艺结合了电弧增材制造和铣削加工的特点,通过对成形工艺和机械运动的研究,有效地避免了干涉问题。同时,采用自主开发的专用软件对路径规划和焊接参数进行控制,简化了机械运动的控制方法。实例分析表明,该系统能够很好地实现复合铣削的电弧增材制造,为提高零件增材制造效率和成形质量提供了一种新的有效途径,验证了该项工艺技术的可行性和有效性。     

一种增材与减材复合制造机研究

为了综合增材制造与减材加工的优点,研制了一台熔融增材制造与铣削减材复合加工机,采用龙门结构,总体尺寸为700 mm×640 mm×780 mm。该机床有3个直线轴和一个回转轴,控制系统采用MACH3控制系统。机床结构采用有限元软件Abaqus进行了优化和分析,并制造了样机。针对PEEK材料脊柱融合器,在该样机上进行了增材与减材制造,验证了所研发机床的性能以及该复合制造机床在医疗PEEK材料增减材制造的潜力。     

陶瓷零件的增材制造技术

增材制造技术是９０年代发展起来的新技术，具有许多突出的优点，本文简要介绍了常用的增材制造技术，着重介绍了陶瓷元件的增材制造技术，并对与之相关的问题进行了讨论。     

功能梯度材料混合及挤出过程中螺杆参数分析与设计

为了解决微流挤出工艺制备功能梯度材料混合挤出过程中过渡不均匀现象,建立了在混合挤出过程中体积流量与材料流变特性、螺杆结构参数及螺杆转速之间关系的数学模型,得到了适用于三维打印功能梯度材料混合挤出式螺杆设计的解析关系。研究了螺杆结构设计及参数间的关联关系,分析了设计参数对工作性能的影响,得到了功能梯度材料在螺旋槽内混合挤出分布规律,其中,螺杆转速是影响体积流量的主要因素,槽深与螺旋角是浆料混合过程中形成滞留区的关键因素,最后,使用特定参数下的螺杆结构进行混合挤出试验验证。结果表明：采用优化的螺旋参数能够保证一定体积流量下的打印零件的成形效果,为混合挤出式螺杆的优化设计提供理论支持。     

挤出成形3D打印机扫描速度与挤出速度实时匹配的研究

自由挤出成形(Extrusion free-forming, EFF)是对封装在料筒内的浆料施加外部载荷,迫使其通过微小流道挤出,并在X、Y平面上进行逐层堆积的3D打印增材制造技术。利用挤出成形技术可实现陶瓷制件的直接打印制造,打印过程中,成形平台在路径拐点处的光滑过渡、材料挤出速度与成形平台扫描速度的实时匹配是提高制件成形精度的重要方法之一。本文通过对依据扫描路径信息进行实时速度匹配算法的研究,建立了以STM32为核心,可以实现扫描速度预规划、挤出速度与扫描速度实时匹配的控制系统,从而为提高陶瓷制件成形精度提供一定借鉴价值。     

金属熔融直写成形工艺射流沉积稳定性分析

金属材料增材制造具有工艺流程短、柔性可设计等优点,可满足复杂结构件单件小批量个性化需求,在众多金属增材制造工艺方法中,金属熔融直写成形具有成本低、效率高等优势。射流稳定性是影响金属熔融直写成形质量和精度的关键因素。针对直写成形射流特点,分类建立了液滴流、曲张流、平滑流、波动流4种典型射流状态模型,模拟并分析了射流的演化过程,获得了修正后的金属射流连续段长度公式,以及射流沉积稳定性调控的关键因素;基于金属射流单道沉积工艺试验,获得了不同射流状态沉积后轨迹均匀性的基板速度调控范围。射流状态模型建立和沉积轨迹均匀性调控范围的获取,为金属熔融直写工艺形性调控提供理论依据。     

硬质PVC结皮发泡板的加工工艺研究

介绍了硬质PVC结皮发泡板材生产工艺流程,讨论了螺杆转速、挤出温度、挤出压力及机头、口模、冷却定型模结构等影响板材质量的主要工艺因素。采用新开发的硬质PVC板材生产设备,设置相对应的结皮发泡加工工艺参数,生产出具有优良性能的硬质PVC结皮发泡板材。     

基于数值分析的轮胎胶料共挤出口模设计

在轮胎胶料挤出生产中,口模的结构对共挤出产品的质量起着关键的作用,但在实际生产中,共挤出口模的设计主要依靠经验,口模设计质量的控制需要经过多次试模和修模。采用流体计算软件Polyflow进行轮胎胶料(TWD40/FS10)的共挤成型过程的三维数值模拟,分析共挤出过程中的速度、压力分布以及胶料熔体的流动情况,并通过试验验证模拟的可行性。针对初始口模设计的不足,提出增加窄缝区域高度和扩充口模入口的方法,有效解决初始模具设计中速度分布不均的问题,改善了口模中熔体的流动,提高了挤出质量,同时还降低了挤出过程中的能耗。利用数值方法可对共挤出口模结构进行设计,提出的口模设计方法可以对同类轮胎胶料共挤出口模结构的设计提供指     

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。     

电流变阀及阀控系统的研究与分析

介绍了新型智能材料电流变流体(悬浮液型)在液力传输中的应用;运用电磁理论、流体动力学、Bing-ham plastic流体动力模型和静电极化理论,推导出电流变流体控制元件的控制方程,并根据电流变流体控制元件的设计准则,设计了平行平板和同心圆筒型两种电流变流体控制元件;运用现代控制理论和计算机仿真软件(Matlab)对电流变动力元件进行了静态分析,对电流变阀控液压系统进行研究分析。