3D打印个性化大腿假肢接受腔形性协同制造策略

假肢接受腔作为连接残肢与假肢系统之间的关键界面,是假肢系统发挥其功能的重要基础.为满足假肢接受腔个性化、快速、低成本的制造需求,本研究提出利用材料挤出成型技术(Material extrusion,MEX)制备大腿假肢接受腔的方法与策略.首先通过对残肢-接受腔系统的生物力学分析提出了接受腔材料的力学性能需求.然后,系统...     

全接触小腿假肢接受腔的智能制造方案研究

针对现有假肢接受腔大多依赖于人工手法取型的现状,提出了利用受力仿真软件生成接受腔模型并通过增材制造技术直接制造接受腔的智能制造方案。为避免残肢界面应力集中导致皮肤破损,设计了一种仿真取型法,通过对残肢压力耐受部位加压修型,得到残肢接受腔之间均匀受力的全接触小腿假肢接受腔,并通过仿真试验验证了该方法的可行性。     

连续纤维自增强复合材料3D打印及其回收性能研究

连续纤维增强复合材料3D打印工艺的出现,为复合材料构件低成本快速制造提供了一种新方法,为了充分利用3D打印连续纤维增强热塑性复合材料成形快,易成形复杂零部件的特点,结合自增强复合材料具有良好界面结合性,可循环利用的优势,分析了自增强复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出一种利用过冷熔体成形连续纤维自增强复合材料的3D打印方法,设计了基于过冷的自增强复合材料熔融挤出打印喷头,采用聚苯硫醚(Polyphenylene sulfid,PPS)纤维与PPS树脂作为自增强复合材料原材料,探究自增强复合材料成形打印温度窗口、复合材料力学性能、微观界面结合性,以及对连续纤维自增强复合材料完全可回收性能研究分析。     

机械臂3D打印技术及系统的试验研究

3D打印技术多以单材均质为基础,开展金属、塑料等零部件的快速成型制造。在此基础上,发展了激光近净成形、熔融挤出成型、选择性激光烧结(熔化)、立体光刻等3D打印工艺和装备。论文以流体挤出成型和激光烧结为基础,结合工业机械手6自由度的空间特性,初步搭建了机械臂3D打印系统;对该系统构成做出了简要介绍,分析了该系统的数据链与数据模型的坐标转换;对电气性能器件常用材料导线银、树脂基复合材料、硅酮橡胶、碳化硅陶瓷等的成型工艺进行了初步探索,为下一步制造出具备电气性能的功能结构化器件与进行曲面3D打印的研究打下基础。     

基于多喷头生物3D打印系统的管腔型结构构建

基于多喷头生物3D打印系统和溶芯支撑法,运用超低温打印技术,以胶原为管壁材料,水凝胶F127为溶芯材料构建复合管腔结构,经过京尼平溶液交联及冻干处理后将支架浸泡在1℃的去离子水中以去除溶芯材料,从而获得胶原管腔支架结构;同时探究了以明胶/海藻酸钠为管壁结构,明胶材料为溶芯的管结构制备技术,实验证明明胶作为溶芯材料制备管结构的可行性。制备出了具有较好结构及力学性能的胶原和明胶/海藻酸钠管腔支架结构。该多喷头生物3D打印系统以溶芯工艺的方法,在构建管腔型生物结构方面具有很好的效果,为临床及再生医学提供了重要的制造工艺基础。     

基于反求工程的个性化残肢重建方法的研究

为克服传统石膏复型方法在假肢接受腔制作中存在的缺点,提出了反求残肢骨骼和皮肤软组织数字化模型。通过CT扫描获得残肢内外组织的二维图像,利用图像处理技术及反求工程技术实现了残肢骨骼和皮肤软组织三维模型的重建。三维重建的模型与原实物高度相似并再现了残肢的内外组织结构,此外,该方法为将来残肢接受腔的设计提供了科学的依据。     

界面压力可控式假肢接受腔设计

功能性假肢接受腔需要同时具备穿戴舒适性与力及运动的传递功能,两者对人机界面提出刚柔特性相反的要求,对接受腔的设计形成了矛盾。针对这一矛盾,提出分时间歇和分区交替承载的界面压力可控式假肢接受腔设计概念,以最大化其功能传递性,并且避免残肢软组织长时间承受过高载荷。设计一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩改变接受腔内壁形状,实现接受腔对残肢软组织适配界面的刚柔特性协调及快速转换。理论分析负刚度挤压腔体单元的力学特性,该特性使其对软组织松紧挤压转换所需的驱动力小,有利于小型化驱动单元,同时也使接受腔对软组织具有过载保护的功能。以该单元为基础构建假肢接受腔试验模型,并对其界面压力响应特性进行试验评价,初步实现了对接受腔界面压力的控制,并证明了该设计方案可以同时提高接受腔的功能传递性和舒适安全性。     

糊状食材3D打印工艺参数对成形形貌的影响研究

3D打印工艺参数是影响成形形貌的关键因素,研究食品3D打印工艺参数与成形形貌的关系对实现高效、稳定成形具有重要意义。依托自主研发食品3D打印装置,以糊状食材为打印原料,通过气压挤出系统可对食品打印成形实现实时准确控制。通过实验,研究可可粉等食品打印原料的打印速度、喷嘴出口与基板成形区距离等工艺参数对食品成形形貌的影响。进一步研究多层成形打印策略调整,优化工艺参数后,实验结果表明多层成形宽度和高度精度分别提升66.1%和13.0%。开展的相关研究及扩展成果,对以后食品3D打印技术的深入研究具有一定的参考意义。     

大腿假肢远程加工中计算机辅助设计与制造系统的应用研究

分析研究大腿假肢远程加工中计算机辅助设计与制造系统的应用价值。大腿假肢远程加工中,基于严格的残肢尺寸测量前提下,应用计算机辅助设计与制造系统可行性高,在一定程度上,可解决偏远地区大腿截肢患者无法制作假肢的问题。     

材料挤出工艺打印功能梯度材料路径规划策略

鉴于增材制造技术中的材料挤出工艺操作方便、节省材料，而目前国内外对该工艺打印功能梯度材料的路径规划策略研究较少，对材料挤出工艺材料组分转变时的延迟现象进行分析，将延迟分为交付延迟和过渡延迟，并提出基于偏移距离对延迟现象进行补偿的打印策略。以Visual Studio 2019为开发平台提出一种自动生成任意功能梯度材料打印路径的新路径规划策略，该策略考虑了每层切片内材料组分的变化，针对不同变化方向生成相应的填充路径，以确保打印过程中的材料组分变化最小，从而提高成型件的材料精度。对多个功能梯度模型进行仿真演示，将生成的打印路径采用OpenGL可视化分析其材料组分误差，并通过实验验证了路径规划策略的正确性。     

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域.而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行.在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型...     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

基于增材制造技术的踝关节撕裂骨折损伤定制化支具设计

对比分析传统支具与3D打印支具在临床应用效果以及各项性能,探讨3D打印支具在踝关节撕裂骨折损伤治疗应用中的优势.调查30名踝关节撕裂骨折损伤男性患者(20～40岁),这些患者分别采用石膏、夹板和3D打印支具进行康复治疗(每组10人),康复后对临床治疗效果评分.对比目前市面上用于支具制造的传统材料与3D打印材料的机械性能,分析不同3D打印工艺的综合优势.多射流熔融(MJF)工艺打印的尼龙11(PA11)材料综合力学性能最好,MJF工艺制作的支具比其他3D打印工艺综合优势更高.患者在康复期间佩戴支具时,皮肤透气性强,无异常并发症,康复效果良好.临床应用数据表明,增材制造的支具在舒适度、贴合度、透气性、灵活性、力学性能和生物相容性方面都优传统支具.本研究踝关节撕裂骨折损伤定制化支具是增材制造支具现代运动创伤外科临床的重要成果,对3D打印定制化医疗、康复器械的发展具有重要意义.     

浆料挤出式陶瓷3D打印工艺参数及打印件结构角度研究

针对挤出式陶瓷3D打印用于制备铸造型壳，分析了不同层高下浆料的挤出与堆积情况。通过3D打印试验，对比研究了挤出口内径、层高和打印速度对打印过程及打印质量的影响，获得了合适的工艺参数值；对比研究了不同的空间倾斜角度、打印平面内的角度下打印件的质量，获得了打印件的空间最大倾斜角度和打印平面内的最小角度。结果表明，合适的工艺参数为挤出口内径0.6～0.8 mm，层高0.6 mm左右，打印速度20 mm/s；打印件的内、外最大倾斜角度为40°，打印平面内的最小角度为30°。     

欠驱动仿人手的设计与控制研究

针对现在残疾人假肢主要以装饰为主而无法真正进行精确拿捏和包络抓取的问题,利用增材制造技术(3D打印),基于连杆的欠驱动和耦合原理,设计了一款多自由度仿人型灵巧手,同时嵌入角度传感器和压力传感器,通过传感器的信息反馈对灵巧手的运动进行力和位置的混合PID控制。     

基于3D打印的离散型产品可制造性优化问题

为了定量描述3D打印技术对生产管理的影响,构建了基于3D打印的离散型产品可制造性优化模型,设计了优化模型的算法并进行了算例研究,定量分析了传统制造方式与3D打印技术的生产成本与目标零件复杂度的关系。该模型和算法能够解决3D打印与传统制造工艺相结合的产品可制造性优化问题,有助于基于制造成本目标获得优化的产品设计和工艺规划方案,为推动3D打印在工业生产中的广泛应用及其进一步产业化提供了一定的参考。     

对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构的设计

为解决3D食品打印机存在打印容量小、不能连续加料和挤出效率低等问题,提出一种新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构。该机构采用双螺杆对称放置的结构方案,通过啮合双螺杆异向旋转的挤压作用力输送物料;利用ABAQUS有限元分析软件对部分关键挤出流道进行流动应力分析,验证方案设计的合理性;并搭建3D打印实验平台进行实验测试,实验结果表明该新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构具有可连续打印、挤出量大和运行平稳等优点。     

基于3D打印技术的主泵试验用叶轮研制

为提高核电站主泵性能试验用缩比叶轮的制造质量,缩短制造周期,开展了利用金属3D打印技术进行试验叶轮制造的研究。基于叶轮结构和不同3D打印成形工艺的特点,选择SLM技术作为主泵试验用叶轮的3D打印方案,完成主泵试验用叶轮3D打印模型的设计及成形技术参数的设置,经过试验验证确定主泵试验叶轮的金属3D打印成形工艺,并成功打印出316L材料的主泵试验用缩比叶轮。结果表明,利用金属3D打印技术制造的叶轮,其产品质量及力学性能指标满足试验用叶轮的设计要求,有效缩短了制造周期。     

连续碳纤维增强尼龙6复合材料3D打印装备与参数调控

为实现高性能纤维增强树脂基复合材料低成本、一体化快速制造,本文研究了一种连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术。借鉴熔融沉积成形工艺,建立了其成形原理,设计了集成打印头模块并搭建原理样机,采用二级喷嘴对打印工艺参数进行调控,建立了工艺参数对纤维含量与力学性能的影响关系,在纤维体积含量达到44.1vol%时,连续碳纤维增强尼龙6复合材料的拉伸强度与模量达到405MPa与80.6GPa,弯曲强度与模量达到565.8MPa与62.1GPa。     

3D打印三层微通道冷板的综合特性研究

3D打印技术在快速成型和制造复杂结构零件方面具有巨大的优势.文中采用3D打印工艺制备了3种微通道散热器,分别是2种开放型的单层微通道和1种封闭型的三层微通道.对三层微通道散热器(Three-Layered Microchannel Heat Sink,TLMHS)的力学性能进行了压力测试.通过实验和数值仿真研究了50～...