[绿色制造工艺和系统]复合材料电池箱真空辅助树脂灌注快速成形工艺

分析了几种复合材料零部件常规的制作工艺,针对电池箱的结构特点,提出了材料和结构一体化的真空辅助树脂灌注（VARI）快速成形工艺,并且采用液体成形模拟分析软件PAM-RTM确定了工艺方案和工艺参数。VARI工艺与传统双面模具的树脂传递模塑(RTM)工艺相比,节省了大量的工装设备和工序,降低了成本。为了验证所采用的工艺方法的可行性,实际制作了样件,结果表明所采用的工艺方法实现了快速、低能量消耗且绿色环保的目的。     

光固化快速成形中树脂涂层技术研究

分析光固化快速成形对树脂涂层技术的要求及对成形工艺,制件精度,成形效率的影响。并根据液态树脂的物性,分析现有激光快速成形机中各种树脂再涂层方法的特点,提出一种瀑布式树脂再涂层方法。     

用高分辨率快速成形系统制作细微结构

针对制作参数对制作分辨率的影响,利用高分辨率激光快速成形系统进行了试验研究。研究表明,制作时激光功率与光束扫描速度的比值越小,则制作的单壁结构厚度越小。采用准确的线宽补偿、较小的激光功率及具有较高临界曝光量的光敏树脂,可制作出具有较小槽宽尺寸的细微槽状结构。制作出了壁厚为0.011 mm的单壁结构及槽宽为0.034 mm的槽状结构。试验结果表明,该快速成形系统有很高的制作分辨率,具有制作扫描平面内细微结构的能力。     

基于SL原型的消失法精密铸造工艺研究

研究用快速成型技术制作出树脂模型,实现消失法精密铸造的方法和工艺。提出采用SL方法制作精密铸造型壳的方法,进行了理论分析和试验,得到影响型壳所受应力的原因,优化了铸造工艺。     

快速成形技术在仿生支架制造中的应用

快速成形方法有很多种,包括立体光刻法/微立体光刻技术、分层实体法、选择性激光烧结法、熔融沉积法和三维打印法,不同的快速成形方法具有不同的特点,在加工仿生支架过程中,它们采用不同的成形材料、成形工艺以及后处理。文中介绍了不同快速成形方法制作仿生支架的工艺过程,并比较了它们的优点和缺点。     

基于光固化快速成形的快速熔模铸造设备

介绍了基于光固化(SL)快速成形的快速熔模铸造设备,包括3D打印及树脂原型后处理设备、制壳设备、蜡处理设备、焙烧设备、熔炼浇注设备和铸件后处理设备;3D打印设备用于制作熔模铸造树脂原型代替蜡型;蜡处理设备用于制作蜡浇道、脱蜡及蜡回收;制壳设备用于制作型壳素坯;焙烧设备用于焙烧型壳并使树脂原型气化。     

快速成形制造中零件制作方向优化ASP工具研究与开发

对快速成形零件制作方向优化问题进行了研究 ,分析了零件制作方向对零件制作质量和制作效率的影响机理 ,针对快速成形制作过程中的变形、台阶效应、过固化现象以及制作时间问题 ,提出了快速成形零件制作方向优化的准则 ,建立了制作方向优化多目标函数 ,提出了采用遗传算法对目标函数进行求解的具体方法。采用SunJ2EE结构体系开发了零件制作方向优化的ASP工具 ,并将该工具成功应用于RP&M网络化服务集成系统中。     

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。     

用于高精度小尺寸零件制作的光固化快速成型技术的现状与发展

用于高精度小尺寸零件制作的光固化快速成型技术源于快速原型技术 ,利用光诱导树脂固化 ,实现逐层堆积的原理制作零件原型。本文回顾了近年来该领域中开发出的主要工艺方法、原理及系统构成 ;本文还提出了以变形反射镜器件为核心构建新型动态视图发生器 ,采用整层曝光固化工艺实现原型快速制作的新方法。和其它方法使用的动态视图发生器相比 ,本文提出的新型动态视图发生器具有更高的分辨率和更高的对比度 (可达 10 0 0∶1)。     

目标参数驱动的点阵支架逆向设计方法研究

面向微小多功能支架结构定制设计与原型制造需求,开展了基于数字光处理(Digital light procession,DLP)快速成形工艺的柔弹性点阵支架逆向设计与制备研究。基于体心立方晶胞(Body center cubic,BCC)衍生设计一款簇新胞元,利用Timoshenko梁理论对该胞元结构建立力学模型,求解其等效弹性模量,聚焦分析胞元几何参数与力学模型之间的映射规律。以空间尺寸约束下的定弹性模量点阵支架设计为主线,采用逆向分析方法,寻找匹配精准的填充方案。配制新颖柔弹性光敏树脂为成形材料,选用DLP成形工艺,实现对应点阵支架结构的高精、高效制备。结合数值模拟和物理试验,着重探讨逆向设计的点阵支架弹性模量与拟定值的差异。结果表明,仿真和试验所得结果均与拟定值基本吻合,佐证了逆向设计方法的可靠性,可为后续组织工程皮肤支架的研制提供理论基础。     

逆向工程与快速成形技术在脊柱外科手术中的应用研究

介绍了在腰椎椎弓峡部裂手术前,利用逆向工程与快速成形技术进行患者椎骨的三维重建,制作快速成形模型,并用以进行手术前辅助准备的方法。利用患者CT扫描数据对其腰椎进行三维数字重建,三维CAD模型准确地反映了患处的特征。根据快速成形工艺的特点对重构的模型进行进一步的处理,通过辅助支撑增强模型强度,并减轻模型的重量。采用激光固化快速成形(SL)工艺制作了快速成形模型,并将其应用于术前的辅助准备工作中,手术效果良好。     

动态优化刮刀速度的新型涂层工艺

为提高活塞式无扰动涂层工艺的涂层质量,针对高分辨率激光快速成形系统涂层工艺中存在的涂层厚度随制件高度增加而变厚的问题,提出在制作过程中动态优化刮刀速度的涂层方法。研究刮刀速度、制件高度对涂层厚度的影响。采用面响应法,建立涂层厚度误差关于制件高度及刮刀速度的数学模型。根据该模型,在制作过程中随制件高度的变化,动态优化刮刀速度,实现涂层厚度均匀化。验证试验结果表明：与普通涂层工艺相比,新型涂层工艺将涂层厚度偏差由27 μm降为6.9 μm,解决了涂层厚度随制件高度增加而变厚的问题,实现涂层厚度的均匀化,提高堆积方向的制作精度。该涂层工艺也可应用于普通光固化激光快速成形系统中,解决制作陷阱结构时涂层厚度随制件高度变厚问题,因此该工艺对于光固化快速成形技术中提高堆积方向制作精度具有重要意义。     

尼龙材料的选区激光烧结性能试验研究

选取国产PA1212材料，采用选区激光烧结(Selective Laser Sintering，即SLS)快速成形技术快速制作尼龙材料原型，分析了烧结过程中激光与尼龙材料作用的物理过程，重点阐述了预热温度、激光功率、扫描速度、扫描间距与铺粉参数等因素对尼龙材料烧结成形质量的影响，确定了合适的SLS工艺参数。     

激光快速成形中时间效应与零件翘曲性关系研究

研究了激光快速成形中树脂固化过程以及固化收缩滞后于聚合速度的现象 ,提出了收缩完成的时间效应概念 ,通过实物原形制作研究了时间效应对零件翘曲的影响及几种表现 ,并利用时间效应对成形工艺进行了改进 ,使零件翘曲性得到很大的改善。     

基于脉冲微束等离子弧焊的快速成形中的搭接参数

对基于脉冲微束等离子弧焊接(PMPAW)的直接金属快速成形中成形轨迹间的搭接进行了研究。建立了成形轨迹间的搭接模型,分析了成形轨迹断面宽度与高度之比(宽高比)、轨迹间的中心距、搭接率等参数之间的相互关系及其对成形件性能的影响。用HOOCr21Ni10不锈钢进行了不同搭接参数的成形试验,并对成形件进行了表面平整度、抗拉强度和断后伸长率的测试。试验结果显示,采用宽高比大的成形轨迹制作的零件其三项测试结果均高于用宽高比小的成形轨迹所制作的零件。成形件纵向抗拉强度和断后伸长率优于横向,采取了层间多方向交替扫描的成形方式来获得整体上各向同性的零件。     

基于SLS／SRW工艺的快速成形机研制

在传统的激光快速成形工艺的基础上,提出了利用选择性电阻焊（SRW）结合选择性激光烧结（sLS）进行快速成形的新方法并基于SIS及SRW技术研制了金属粉末快速成形样机。详细阐述了J10-SLS／SRW-Y180／DR5-B2525型快速成形机的机械结构和电气控制系统;讨论了该机的成形工艺以及目前所面临的问题及其解决方法。     

动态分区并行扫描方法研究

如何制造大型原型零件是目前快速成形技术(RP)研究的热点之一。分层实体制造工艺(LOM)在直接制造大型原型方面具有独特的优势。造型周期长是制造大型原型的困难之一,针对LOM工艺提出了动态分区并行扫描成形的方法。分析和试验结果表明,采用该方法可以有效提高成形效率,是实现直接制造大型原型的可行途径之一。     

低温沉积成形与电纺丝成形多尺度组织工程支架的多物理场耦合分析和试验研究

为了弥补快速成形技术(Rapid prototyping,RP)只能成形带有直通孔的组织工程支架,提出采用低温沉积成形(Low-temperature deposition manufacturing,LDM)和电纺丝合成形具有多尺度孔隙结构的支架。为模拟成形的过程,将水平集合法(Level set method,LSM)应用于液固相变过程中追踪自由边界的研究,结合传热理论和不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程的基础,引入凝固干扰项描述凝固对流动变形的影响,建立LDM材料凝固和变形的数学模型,模拟液体材料的凝固和同时产生变形这一多物理场耦合问题,并使用空间静电场本构方程分析"针对板"式电场结构的电场分布,通过高速CCD记录LDM的变形和凝固过程及电纺丝的鞭动过程,数值模拟结果与试验结果较为吻合,为确定成形环境温度、成形速度、电纺丝接收面积和接收距离等工艺参数提供了理论指导,试验结果证明所采用的理论方法有效、可靠。     

用面曝光快速成形系统制作细微结构

为了证明面曝光快速成形系统具备制作细微结构的能力,利用自主开发的快速成形系统,制作出了壁厚为0.039 mm的蜂窝状单壁结构和槽宽为0.17 mm的狭缝结构。试验结果表明,该成形系统有较高的制作分辨率,具有制作细微结构的能力。     

经济型桌面化快速成形系统的设计与建立

分析了开发经济型桌面化快速成形系统的可行性与现实意义,提出了系统应采用基于喷射技术的快速成形工艺,研究了系统的技术特性和结构,完成了系统设计,并描述了典型的设计实例。研究表明该类系统很好地满足了高度个性化成形、高度工艺柔性的使用要求。