[学科发展]5D打印——生物功能组织的制造

生物制造是制造技术与生命科学技术交叉融合产生的新兴学科方向，这一学科方向的发展将为巨大的人体组织与器官市场提供新技术，同时也给制造技术变革带来新机遇。面向生物制造未来发展，提出5D打印制造概念，论述了5D打印的内涵，分析了其关键技术。结合生物制造技术的现有进展，介绍了研究团队在心肌组织支架的制造、类脑神经组织制造、爬行生命机械混合机器人方面取得的初步研究进展，为生物制造技术拓展新方向提供新思路。     

不同铸型对TC4钛合金的微观组织、织构和持久性的影响

研究不同铸型成型下TC4钛合金的微观组织、织构和高温持久性能,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等观察和分析TC4钛合金的显微组织与持久性断裂行为。结果表明：不同铸型工艺TC4钛合金的物相均为α相、β相和ω相组成,其中主要物相为α相(90%左右)。与石墨型相比,陶瓷型有利于β→α相变,α相高出5.3%,晶粒平均直径大(d_mean=37.021μm),晶界较少,晶粒均匀相对稳定,当α相比例增大时,材料强度减小,塑性升高。同时陶瓷型织构强度高,取向明显,织构类型为{11-20}<1-100>,与Y方向呈现约45°的夹角,进一步验证了试样在(101)、(002)、(101)峰强增加的原因,与织构的形成有关；陶瓷型试样的高温持久性优于石墨型,在温度(400℃、430℃、460℃)下,持久性应力断裂寿命分别提高了1.174%、15.401、6.998%,均为韧性断裂,其微观形貌为韧窝花样。此外,温度直接影响TC4钛合金的持久寿命,随着温度升高,TC4钛合金的应力断裂寿命逐渐降低。     

基于3D打印非金属产品及其材料的失效浅析

在使用3D打印技术[光固化立体成型技术(SLA)、熔融沉积成型技术(FDM)、面曝光技术(DLP)]设备与材料打印医疗模型、手术导板、齿科、康复辅具等过程中,发现应用过程存在材料失效、模型开裂变形等问题。在大量研究应用的基础上,现将产品应用、存在问题以及材料的影响因素作分析研究,并提供解决方式,为后续产品与材料的应用研究作参考。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

转盘轴承静载荷承载曲线的精确计算

提出了一种转盘轴承静载荷承载曲线的精确计算方法.以四点接触球转盘轴承为例,通过建立轴承的静力学模型,计算了不同外部载荷条件下轴承的载荷分布;当受载最大的滚动体载荷等于滚动体许用栽荷时,利用所对应的外部载荷作为承载曲线上点来绘制承载曲线.计算结果表明:利用这种方法计算出的承载曲线更有利于轴承合理选型及轴承参数优化设计.     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。     

电弧喷涂Zn-Al-Cu伪合金涂层形变强化效应研究

研究了电弧喷涂制备的Zn-Al-Cu伪合金涂层性能,有限元法计算了电弧喷涂层的应力状态,X射线衍射方法分析了Zn-Al-Cu伪合金涂层的物相,并测量了涂层硬度。研究发现,喷涂过程中金属液滴的冲击强化,以及涂层温度场的作用,与基体接触的涂层表面呈现压应力状态;决定涂层硬度的重要原因是涂层在形成过程中的残留应力状态;涂层经过时效处理,硬化相的析出,没有提高涂层硬度,应力状态的变化,涂层硬度反而降低。     

迷宫型灌水器水沙两相流场分析及结构改进

为了解决迷宫型灌水器微细流道容易堵塞的问题,针对其复杂的微细流道结构(实际尺寸在0.8～1.2 mm之间),根据灌水器工作时灌溉水中存在过滤不掉的沙粒的实际情况,首先应用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值计算的方法,进行灌水器整体迷宫流道水砂两相流数值模拟,根据其流动场分析其堵塞的结构因素。同时应用粒子图像测速(Particle image velocimetry, PIV)技术,搭建灌水器流道流动场微PIV测试台,测量实际尺寸大小的微流道中流动场和粒子运动状况,得到其流动场流线图和粒子运动轨迹图,并通过灌水器的抗堵塞性能试验,验证了迷宫型灌水器微流道中流动场和粒子状况分析计算的正确性。针对流道中存在的容易引起堵塞的流动滞止区进行结构优化改进,试验结果表明,应用改进的结构可提高迷宫型灌水器的抗堵塞性能。     

游离磨粒精密光整加工方法综述（续）

指出了磨粒精密光整加工是先进制造技术的重要组成部分之一,是保证产品精度和表面质量的重要方法。磨粒光整加工在改善表面精度和提高表面层力学机械性能的同时,又提高了加工精度和表面完整性。论述了磨粒精密光整加工技术的原理、特点、关键技术及在工业生产中的具体应用,其目的是在装备制造业中,利用磨粒进行光整加工实现低成本、高表面完整性、高效率精密加工。