3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。     

连续碳纤维复合材料3D打印的切片方向调控

三维模型切片处理是3D打印的前提。由于连续碳纤维复合材料各向异性的特点,分层处理前,根据成型样件力学性能的方向性要求,对三维模型切片方向进行调控是获得满足成型性能需求的碳纤维3D打印零部件的保证。在三维拓扑重建的基础上,通过力学方向约束下的坐标矩阵变换算法实现三维模型切片处理的方向性调控;采用变换矩阵空间后的切平面相交法进行等层厚分层处理,实现连续碳纤维复合材料3D打印成型路径方向规划。通过不同模型多方向切片处理实验证明算法的有效性。     

碳纤维长纤3D打印的连续性路径规划算法

碳纤维长纤复合材料3D打印过程中,由于纤维连续性的特点,需要对其成型路径进行合理规划,减少断点跳转。传统三维模型切片处理的方式是顺序往返直线填充,所生成路径的跳转点较多,不适合连续性纤维3D打印。针对问题,提出方向可调的"Z"字填充算法,采用填充角度动态可调的平行线扫描填充方式,并将相关联交线按照奇偶原则连接,减少跳转,实现路径连续最大化。不同形状三维模型切片处理实验表明新算法能够减少3D打印路径跳转率60%以上,满足长纤维3D打印连续性的要求,为碳纤维长纤3D打印的应用奠定了基础。     

连续碳纤维复合材料3D打印的成型工艺研究

连续碳纤维复合材料3D打印的成型质量与成型性能受到三维成型过程中温度、速度、层高等多工艺条件及复合材料本身、打印喷头等多物理参数的影响,合理工艺参数的选择是高质量碳纤维三维成型的保证。针对碳纤维长纤复合材料连续性与各向异性的特点,研究了连续碳纤维3D打印的系统构成与工艺模型,分析了三维成型过程中不同工艺参数与成型结果间的影响关系,通过3D打印实验验证理论分析的正确性。研究为连续碳纤维复合材料3D打印合理工艺条件的选择提供了依据。     

T300/Al金属基复合材料动态Monte Carlo细观数值模拟

以修正的剪滞模型和大型精细复合材料计算模型为基础,用Monte Carlo方法对精细网格单元的纤维性能进行随机赋值,同时对网格单元的基体弹塑性能和界面性能(包括摩擦力)以及残余应力进行确定性赋值,建立单向金属基复合材料的Monte Carlo损伤细观数值动力学本构模型.从细观角度对T300/Al复合丝的静、动态拉伸变形、损伤和破坏过程进行了模拟,并对纤维就位性能、纤维原位性能与复合材料性能之间的关系进行了讨论.结果表明,用纤维就位性能模拟出的应力应变曲线与试验结果一致吻合,用纤维原位性能模拟出的结果偏离了试验结果(预报强度高于试验强度),同时也揭示了复合材料的强度主要由纤维的就位强度控制.     

纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。     

基于传递矩阵法的碳纤维复合材料传动轴模态分析

以某汽车传动轴为参考对象设计出碳纤维复合材料(CFRP)传动轴铺层方案,采用传递矩阵法(TMM),把CFRP传动轴离散为若干个盘轴单元,建立集中质量圆盘左右截面的点传递矩阵,建立轴段的场传递矩阵,进而构建整根轴的传递矩阵。根据传动轴两端自由的边界条件,推导出其转子频率方程,利用MATLAB编程求解出CFRP传动轴的一阶临界转速及其对应的振型,并与传统的经验公式及有限元仿真软件Abaqus计算出的结果作比较。结果表明,对于传动轴一阶弯曲固有频率,传递矩阵法相比于有限元仿真计算误差为1.6%,一阶振型的最大偏差为0.015。表明传递矩阵法能较精确的计算CFRP传动轴的固有频率以及对应的模态振型。     

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。     

化学镀碳纤维增强镁铝尖晶石基复合材料的研究

通过化学镀方法，在碳纤维表面分别镀上Ni、Cu和Cu Ni镀层，然后与镁铝尖晶石陶瓷复合，制备表面改性碳纤维增强镁铝尖晶石基复合材料，研究各种碳纤维的含量对复合材料性能的影响规律。结果表明，表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能，尤其是铜镍复合镀碳纤维的效果更好，其抗弯强度可达基体抗弯强度的2．19倍，断裂韧度可达基体断裂韧度的2．84倍，复合材料的线收缩率和孔隙率变化不大。     

集束式钨丝穿甲弹穿甲性能研究

针对钨合金和贫铀动能穿甲弹弹芯沿轴线方向上强度不高的情况，采用黏结法制备出一种新型的钨丝集束复合弹芯，并对该弹芯材料制成的模拟弹进行了穿甲侵彻试验，利用数值模拟的方法对其侵彻过程进行了分析。研究结果表明，利用钨丝集束方法制作穿甲弹用弹芯材料在原理上是可行的，能够充分发挥钨丝的高强度和大长径比的性能与结构优势，试验结果与理论预测的侵彻机制一致。     

亚麻纤维增强环氧树脂基复合材料拉伸强度的预测模型

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了亚麻纤维增强环氧树脂基复合材料,研究了纤维体积分数对其拉伸强度的影响;通过对Kelly-Tyson拉伸强度预测模型进行修正,建立了亚麻纤维增强树脂基复合材料拉伸强度的预测模型,并计算了模型的预测精度。结果表明:当纤维体积分数为38.6%时,复合材料的拉伸强度最大,约为63.10 MPa;不同纤维含量的复合材料因界面剪切强度不同,其所对应的临界纤维长度、纤维拉伸强度及纤维长度效应因子均有所不同;建立的拉伸强度预测模型的预测精度约为97.8%。     

3DXpert金属3D打印斯特林发动机模型

宾夕法尼亚州立大学是世界领先的从事增材制造研究和教育的高等院校之一,拥有很有特色的增材制造与设计工程硕士(MEng AMD)项目。该项目的特色之一是它不仅招收全日制学生,还招收在职工程师,这些工程师可以用宾夕法尼亚州立大学世界校区(网络虚拟校区)在线完成学习。为帮助学生成为技术专家,将其所学的增材制造知识用于实践,该项目将多学科理论知识与亲身实践相结合,学生们可在宾夕法尼亚州立大学增材制造车间获得实践经验。     

纤维增强复合材料结构的宏细观一体化分析方法

基于复合材料细观结构周期性假设 ,建立了一种数值型细观力学模型 ,通过将该细观力学模型与有限元分析相结合 ,建立了纤维增强复合材料结构的宏、细观一体化分析方法。该方法在结构分析中能够在获得宏观应力、应变场的同时获得细观应力、应变场。该方法可用于复杂细观结构特征的复合材料结构分析 ,也能用于涉及材料非线性的复合材料结构分析。     

短纤维增强金属基复合材料界面微塑性变形区的研究

建立了包括金属基复合材料增强体短纤维体积比、长径比、热残余应力、外载作用及短纤维相互扰动应力等的微塑性变形区细观力学模型,分析了外载、热残余应力、短纤维长径比等对微塑性变形区尺寸范围的影响,并结合不同短纤维长径比的复合材料微屈服试验,分析了材料微塑性变形区与微屈服强度的关系。结果表明,材料微屈服强度受微塑性变形区的尺寸范围、位错密度等多种因素的综合影响。     

石墨纤维增强铝基复合材料在空间遥感器结构中的应用

为了设计和制造出性能更加优越的空间遥感器,对一种新型航天材料—石墨纤维增强铝基复合材料(Gr/Al)进行了研究。首先,突破了石墨纤维与铝合金的界面反应控制、纤维铺层和缠绕设计等关键技术,成功制备了石墨纤维增强铝基复合材料,材料的密度为2.12×10^3 Kg/m^3,弹性模量为129GPa,线膨胀系数为5.0×10^-6/K。接着,针对这种复合材料,摸索出一套完整的加工和后处理工艺。首次把这种复合材料应用在空间红外遥感器镜筒结构设计中,设计的镜筒较之钛合金镜筒减重31.8%。最后,完成了镜筒组件的加工和装配,透镜的装校,随机振动试验。试验结果表明,镜筒组件的一阶谐振频率为284Hz,大于100Hz的设计要求,振动试验后光学系统没有发生变化。上述工作表明石墨纤维增强铝基复合材料在航天遥感领域具有较高的应用价值。     

面向敏捷自动化金属3D打印的生产型解决方案

EOS共享模块解决方案是与EOS M 400系列产品集成,以实现高效的增材制造生产的生产型解决方案。该解决方案中的各种模块、运输系统和控制中心软件可以帮助用户在设备加工的同时执行准备、取件、运输和筛粉操作。手动和自动EOS共享模块成套设备均可实现上述目的。     

化学镀碳纤维增强钛酸铝基复合材料的研究

通过化学镀方法，在碳纤维表面分别镀上Ni、Cu和Cu Ni镀层，以这种表面改性碳纤维与钛酸铝陶瓷复合，制备表面改性碳纤维增强钛酸铝基复合材料，研究各种碳纤维的含量对复合材料的抗弯强度、断裂韧性、尺寸变化率和孔隙率等的影响规律。结果表明，碳纤维可以显著地提高材料的性能，表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能。     

激光熔覆技术在金属3D打印中的应用

简述了3D打印中最具潜力和应用价值的金属零件3D打印的分类及发展。详细介绍了基于激光熔覆技术的DMD和LENS金属3D打印的工艺原理及应用,最后分析了其目前的不足之处和未来的发展方向。     

金属粉末3D打印装备的控制系统设计

为了降低工业成本和提高零件机械性能,将金属粉末注射成形技术和快速成形技术相结合,提出了金属粉末挤出堆积快速成形工艺.研究开发了一套基于PCI总线的控制系统,硬件系统以工控机(PC机)为上位机,以ADT-8940A1四轴伺服运动控制卡为核心,伺服电机+驱动器为运动执行元件;开发了基于Visual C++开发环境的快速成形...     

金属3D打印技术在海洋零部件的应用研究

为了优化金属3D打印成形工艺,建立工艺数据库,运用德国EOS M290金属3D打印设备,采用SLM技术,进行某海洋仪器设备中涡轮的打印工艺优化试验和不同零部件对激光填充线距离参数的选择试验.研究结果表明,涡轮45°倒角时打印出现翘曲变形,涡轮直角时打印效果良好,可用直角打印后进行车削加工方式进行倒角;随着激光填充线距离...