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°。     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计.采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM 3D打印喷头.用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配...     

几何参数对3D打印零件轮廓精度影响的研究

提出用表面轮廓平均偏差作为评价3D打印零件由于台阶效应引起的表面轮廓偏差与表面粗糙度的统一指标,推导出表面轮廓平均偏差的计算公式及其与表面粗糙度指标Ra的关系。研究表明,3D打印零件的轮廓精度和表面质量与该表面的角度、曲面半径、打印层厚均有关系;对于形状简单的工件,可通过调整打印时的摆放方向来获得更优的轮廓精度与表面质量;对于形状复杂的工件,采用较小的打印层厚是提高打印零件表面轮廓精度与表面质量最有效的方法;对于常规尺寸的零件,打印层厚为0.030mm时即可获得较好的轮廓精度与表面质量,而采用更小的层厚来提高打印质量效果将不明显。     

多材料微流挤出3D打印喷头优化设计

为了满足微流挤出工艺陶瓷3D打印机连续打印多材料以及均匀混合的要求,设计了变内径螺杆挤出式3D打印机挤出混料新结构,不仅可以实现高固含量浆料在喷头内部单向输送,同时通过变内径螺杆旋转搅拌使两种材料混合均匀。通过Ansys响应面优化,在挤出头段以最小压力实现最大面积加权平均速度为目标函数,实现在低功耗高输出的不同需求下匹配不同挤出速度;在螺杆段以优化最大剪切速率为目标函数,实现两种陶瓷浆料的均匀混合。结果表明,通过参数化优化后可以在螺杆低转速与小型化的要求下,实现不同小流率高精度打印及两种材料的均匀混合。     

GelMA/LPN/MC水凝胶的挤出式3D打印工艺与性能研究

挤出式3D打印水凝胶用于组织修复是近年的研究热点。然而,高形状保真度的水凝胶打印过程仍然离不开复杂的交联策略,这大大增加了打印难度,限制了水凝胶材料在组织工程领域的应用。制备一种室温下可打印水凝胶,其打印过程不需要任何辅助交联便可实现高保真度打印。水凝胶由甲基丙烯酰胺酯化明胶(Gelatinmethacrylate,GelMA),纳米黏土(LaponiteXLG,LPN)和甲基纤维素(Methylcellulose,MC)组成。通过挤出测试筛选出适合打印的复合材料配比,打印工艺试验分析了挤出速度、喷头移动速度对出丝连续性和微丝线宽的影响。当喷头内径为400μm时,Gel MA/LPN/MC水凝胶实现顺畅出丝(φ400～600μm)的条件为挤出速度在8.6～13 mm/h,喷头移动速度在6～10 mm/s。流变结果表明LPN和MC的加入赋予了材料优异的剪切稀化特性,使其具备室温下打印并维持结构稳定的性能。压缩结果表明改变交联时间,GelMA/LPN/MC水凝胶的压缩模量提高5倍,压缩强度提高3倍。细胞试验显示Gel MA/LPN/MC水凝胶具有良好的生物相容性。     

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...     

GelMA复合凝胶的挤出式3D打印工艺及其性能研究

甲基丙烯酸酐明胶(Methacrylatedgelatin,Gel MA)是具有光敏官能团的改性明胶,有良好的生物相容性,广泛用于构建皮肤、神经等软组织支架。然而,光照交联单一成分的GelMA,其力学性能和结构维持性较差,难以通过挤出3D打印成形生物支架。提出一种适用于挤出式打印且力学性能增强的GelMA复合凝胶,其主要成分为GelMA、明胶和海藻酸钠。黏度测试试验筛选出适合挤出3D打印的复合材料配比,3D打印工艺试验研究和分析了打印气压、喷头移动速度、喷头高度、光照条件对挤出连续性和微丝直径的影响。当喷头内径为200μm时,GelMA复合凝胶实现顺畅出丝(φ293～1211μm)的条件为气压在0.05～0.25 MPa,打印速度为1～15 mm/s,喷头高度为200～600μm,光照强度为70～272.56 mW/cm²。拉伸试验表明光照交联后,复合凝胶较之同浓度Gel MA(5%,w/v)的弹性模量提高近1倍,伸长率保持一致。细胞培养试验显示GelMA复合凝胶具有良好的生物相容性,包埋在其内部的人真皮成纤维细胞培养至第7天时存活率达85%。     

挤出式3D打印机压力系统的模糊自适应控制

陶瓷浆料的挤出成形系统具有较强的参数时变性,传统的PID控制方法难以精确控制实现挤出压力的快速稳定,造成料筒内陶瓷浆料受力紊乱,影响挤出丝的成形质量进而影响陶瓷制件的精度。针对以上问题,对陶瓷浆料挤出过程中的压力变化进行分析,在传统PID控制的基础上,引入模糊自适应PID控制方法控制打印系统的挤出过程,并进行了过程仿真和实验。结果表明,模糊自适应PID控制方法优于传统PID控制方法,可以快速有效地稳定挤压力,提高陶瓷零件成形质量。     

层高对陶瓷浆料微流挤出成形质量的影响研究

为了确定微流挤出成形陶瓷浆料的最佳层高以及能够成形的最大高度,针对氧化锆陶瓷浆料,分析了丝体从喷头挤出后喷头与沉积丝体之间的5种高度关系,探讨了层高对打印质量的影响机理,并根据浆料特性建立了层间压缩形变模型;通过不同喷头直径和不同层高的3D打印工艺实验,采用数码显微镜扫描、尺寸测量及力学实验等方法对打印试样的表面形貌、成形精度及力学性能等进行了测量与表征,验证了所建模型的正确性。结果表明,当层高与喷头直径的比值分别为0.96、0.92、0.86、1、1.2时,打印质量从优到劣依次递减,因此,合理的层高设置可以减少陶瓷零件的打印缺陷,提高打印质量,为基于材料挤出工艺的参数选择提供一定的理论指导。     

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。     

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...     

基于反馈控制的3D打印精度提升技术研究

3D打印机工作过程中,步进电机可能由于失步等原因产生较大的误差.为了提升3D打印的精度,以熔融沉积性3D打印机为对象,以步进电机反馈控制算法为基础,设计了3D打印系统,并通过对系统位置和速度的性能测试,验证了该3D打印系统的有效性.     

选择性激光烧结3D打印参数对成型精度影响研究

选择性激光烧结的成型过程中,零件的成型性能主要受激光功率、扫描速度、扫描间距与激光能量密度等多种因素的影响。采用实验方法研究了PS粉选择性激光烧结工艺,通过测量烧结件的尺寸精度,得出不同影响因素对烧结件成型精度影响的变化规律。通过实验结果发现,激光功率、扫描速度、扫描间距分别通过改变激光能量密度影响成型精度,并得到成型件精度与激光能量密度的变化规律,同时选出最佳的加工参数与加工方式,指导实际生产。     

电子控制器3D打印燃油冷板的设计与优化

随着飞机的任务要求更多,航空发动机设计更加复杂,发动机电子控制器性能更高,功耗不断增加,外部环境条件更加恶劣,其散热面临更加严峻的挑战.针对电子控制器3D打印燃油冷板开展了结构设计、仿真优化、3D打印制造、实验测试研究,3D打印燃油冷板通过了350℃高温试验测试,具备高换热、低流阻、重量轻、高可靠的性能,为发动机电子控制器燃油冷板设计提供借鉴.     

工艺参数对人工神经导管3D打印成型精度影响

这里采用熔融沉积式(FDM)3D打印机进行人工神经导管的制备,通过对成型的人工神经导管的管壁的缝隙、壁厚、线宽及表面质量等外观形貌进行分析,研究了送丝速率、芯轴转动速率、喷嘴移动速度的配比关系对人工神经导管成型精度的影响,得到了优化的工艺参数设定区间。在打印直线通道时送丝速率与喷嘴速度在配比i₁范围在100:1～500:1时出丝正常,线高线宽变化平稳。在打印螺旋线管壁时,喷头的移动速率与主轴的转动速率间的相互匹配关i₂主要影响出丝线宽。在i₂=1:14～1:20时出丝线宽均匀,其在打印管壁时达到无缝融合;送丝速率与喷头移动速度i₃的匹配关系主要影响神经导管的壁厚,i₃=18:1～35:1壁厚逐渐减小,且避免了由于挤出材料过多致使在打印过程中形成了材料堆积,螺线管的外表面质量较差,厚度不均匀等现象。结果表明在上述参数范围内可以加工出的人工神经导管壁厚小,表面质量好。     

基于挤出沉积技术的多喷头3D打印机研制

针对组织工程中多材质和梯度化生物制品的三维打印问题,对喷头温控功能、沉积工作台制冷功能、喷头切换方式、控制系统等方面进行了研究,提出了一种基于挤出沉积技术的多喷头生物3D打印机。使用半导体制冷片和聚酰亚胺加热膜对喷头进行了温控设计,设计了双向滚珠丝杆切换装置和外循环超低温沉积工作台结构,最后利用羧甲基纤维素钠水凝胶材料在研制完成的多喷头生物3D打印机上进行了多喷头打印测试。测试结果表明:多喷头生物3D打印机实现了多材料和梯度化复杂模型的多喷头三维打印,同时打印精度满足生物组织工程的需求,为实现高仿生三维结构的打印奠定了良好基础。