先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置的设计与优化

针对陶瓷材料硬脆性带来的难以切削加工技术瓶颈,开发了一种可用于3D打印先驱体陶瓷材料的工艺——热固沉积成型工艺(thermo-setting modeling,TSM),基于此工艺,设计并优化了先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置.首先,确定了先驱体陶瓷材料配比并进行材料性质测试,提出热固沉积成型工艺.其次,设计了先驱体陶瓷材料螺杆挤出装置并进行初步打印实验.再次,通过ANSYS Fluent仿真分析螺杆挤出装置在打印过程中内部流场的变化情况并为优化设计提供依据.最后,对螺杆挤出装置进行优化设计,为了得到更高的打印精度,将原有的0. 6 mm喷头直径缩小至0. 5 mm;仿真分析发现,将螺杆转速由40 r/min提高至60 r/min,螺杆外径与机筒内壁的间隙由0. 50 mm缩小至为0. 25 mm,可使打印效率提高49. 1%,并通过打印实验进行验证.结果表明,该螺杆挤出装置能够满足3D打印精度和效率要求并能打印出形状复杂的先驱体陶瓷零件,为陶瓷材料零件的成型加工提供了一种途径和方法.     

激光气化冻结浆料分层实体制造中黏结剂的选择

为减小多孔陶瓷3D打印加工过程中坯体的变形,提出了一种基于冻结陶瓷浆料的分层实体制造方法(FS-LOM).采用刮片铺设浆料,通过冷冻板建立固体支撑,利用激光气化切割2D图形,采用冷冻干燥技术获得多孔结构.分析了FS-LOM的加工机理;选取3种黏结剂配制陶瓷浆料,进行了加工实验和结果分析.结果表明:FS-LOM具有加工过程坯体无变形的特点,在提高孔隙设计性,改善零件台阶效应等方面具有潜力;采用羧甲基纤维素钠作为黏结剂配制的浆料,具有共晶点高,激光切割效果好,层间结合紧密的优点,可满足FS-LOM的加工要求.     

工艺参数对3D打印陶瓷零件质量的影响

3D打印技术可用于制造结构复杂、致密度高的陶瓷零件,其工艺参数的选择对零件的加工质量具有重要影响.不同挤出头直径下,挤出速度随着挤出压力的增大而加快,分层厚度与挤出头直径相关,而扫描速度与挤出速度的配合关系会直接影响陶瓷零件的成型精度.试验结果表明:在挤出头长度为5 mm,挤出头直径为0.6 mm,挤出压力为4 kg/cm2,扫描速度为20 mm/s,分层厚度为0.5 mm的打印参数下,能够打印出较理想的陶瓷零件.     

陶瓷3D打印机喷头结构设计与仿真分析

为了克服现有陶瓷打印喷头不能连续进料的缺点,根据陶瓷3D打印机高精度和连续上料的要求,对陶瓷3D打印机的喷头挤出系统进行结构设计,提出一种可连续进料、持续打印的陶瓷3D打印机喷头挤出系统,并利用流体力学相关理论知识以及ANSYS Fluent流体仿真软件对挤出过程进行数值模拟.仿真分析结果表明:喷头出口流速约为1.79 mm/s,能够满足较高精度的打印需求;流体内部压强分布合理;关键部件螺杆受力在许用范围内;流体流线场光顺无交叉,在螺杆螺槽处能够顺畅流动.     

3D打印混凝土打印喷头的研究进展

3D打印混凝土技术是一种利用打印喷头选择性地叠加混凝土材料的成型方法,该技术以数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造、快速制造等特点为绿色建筑业发展提供了新思路。3D打印混凝土设备的机械系统具备材料混合、搅拌和挤出打印3个主要功能,主要由混料装置、供料传送装置、打印装置和机架组成。打印喷头是3D打印混凝土设备机械系统的关键部件,不仅要满足均质浆料能够顺利挤出的需求,还应保证打印出的构件不坍塌并具备良好的层间结合强度等。因此,打印喷头的结构设计也是设备研制的重要任务之一。本文系统地总结了国内外3D打印混凝土成型工艺,按照功能特征分类介绍了3D打印混凝土设备的打印喷头,对其结构及工作原理进行了分析。     

锌合金熔融沉积三维打印工艺

针对现有金属件增材制造技术存在设备开发及运行成本高、成形效率低的问题,提出新的低成本且适用于中、低熔点金属材料的增材制造技术--熔融沉积3D打印成形,介绍了该技术原理.采用自主开发的成形设备,开展锌合金熔融沉积3D打印成形工艺试验,研究喷嘴高度、扫描速度和搭接率对成形效果的影响.研究结果表明：金属熔融沉积单道轨迹宽度与高度成反比例关系;当喷嘴高度为25~35 mm,扫描速度为8 mm/s时,所得的单道轨迹质量较好;当路径搭接率为35%~40%时,沉积单层表面质量较好;采用熔融沉积三维打印工艺所成形锌合金实体的致密度可以达到97%以上;通过提高坩埚加热温度、成形基板温度、退火温度和退火时间,可以显著增强成形件的致密度;采用金属熔融沉积三维打印工艺,可以实现具有复杂形状内流道模具的成形,不仅可以降低加工难度,还可以提高成形效率;熔融沉积三维打印成形锌合金实体的抗拉强度为198 MPa,屈服强度为140 MPa,伸长率为0.453%,拉伸性能与传统挤压铸造工艺相当,实体的显微组织呈现更细化的树枝状.     

3D打印成型技术及工艺参数优化设计

近年来3D打印技术的逐层堆叠成型原理使其更加灵活,越来越受到人们的重视,成为一个新的研究热点。从成形质量出发,探究熔融沉积成型3D打印技术的最优工艺参数,重点介绍设备工艺原理和工艺流程,总结了打印温度、打印速度、打印层高、填充角度和填充密度对成形质量的影响,通过对试样的力学性能分析和样件质量,得到了3D打印技术的工艺参数优化方案。并以氧气瓶模型设计为实例说明可以通过3D打印参数完善不同制件的应用需求。     

激光3D打印工艺对钛合金质量的影响

为了解决传统锻造方法锻造TC4钛合金时容易造成的生产效率低且锻造形状简单等问题,对TC4钛合金进行了激光3D打印,并确定了最佳激光3D打印工艺参数.利用金相显微镜和扫描电子显微镜对TC4钛合金单道打印层的成形质量、显微组织与相组成进行了分析.利用显微维氏硬度计和万能拉伸试验机测量了打印层的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳工艺参数下TC4钛合金打印成形良好,其打印层组织主要由片层状α固溶体组成.打印层的Z向拉伸强度指标低于XY向,而Z向拉伸塑性指标高于XY向,且Z向强度和塑性指标均超越了TC4锻件国家标准(GB/T 25137-2010).同时Z向和XY向拉伸断口形貌均为塑性断口.     

双色巧克力3D打印机的设计

针对目前巧克力3D打印机打印颜色单一、连续挤出料难、打印精度低等问题,本文对现有的巧克力3D打印机机械结构进行了分析和改进,设计出了一种能够持续供料、双色打印的高精度巧克力3D打印机。挤料箱部分采用螺旋推杆的进给方式来挤出原料,实现连续不断输送原料。在挤料箱、软管和喷头上都装有加热装置,并运用PID算法控制温度的恒定。喷头设计成具有独立控制开关的两个出料孔的一体式单喷嘴。为了提高打印精度,挤料机构固定在机架上,而喷头固定在运动机构上,减少了运动惯量。     

熔融沉积3D打印机送丝机构挤出轮的研究

送丝装置作为熔融沉积成型（FDM） 3D打印机的核心部件之一,负责将打印耗材送入喷嘴,并完成打印.挤出轮是整个送丝装置的关键零件,整机工作时,挤出轮与打印耗材直接接触,依靠摩擦将打印耗材送入喷嘴.通过试验方式,研究挤出轮的齿形和齿数,对打印过程进给量以及打印件的质量进行分析.结果表明,斜齿挤出轮的挤出效率高于直齿和凹形齿,但在高速情况下会发生跳齿现象.在工作时,挤出轮的齿数越多,实际进给量越接近理论值.     

ZK60镁合金等温成形数值模拟与试验研究

针对ZK60镁合金罩体类零件的结构特点,设计了等温挤压成形工艺及试验模具。采用Deform-3D有限元模拟分析软件,研究了镁合金罩体类零件等温挤压成形过程中变形力及金属流动规律,预测了变形所需挤压力大小及可能产生的缺陷,为优化模具结构和工艺参数提供了理论依据。根据模拟结果进行等温挤压实验,成功挤出形状复杂的镁合金零件,其表面粗糙度与尺寸精度均符合要求。通过对挤出的镁合金零件进行内部显微组织观察,表明其成形性能良好。研究结果为该类镁合金零件等温挤压成形工艺和模具设计提供了科学依据。     

我国首次实现航天发动机涡轮轴转子3D打印

正中国航天科工集团公司所属北京动力机械研究所与西北工业大学联合承担的我国某3D打印制造技术推广应用项目——激光选区熔化成形技术(一种3D打印技术在某涡轮泵上的应用研究),顺利通过现场测试验收。该项目以新型航天发动机涡轮泵研制为背景,针对核心零件油冷涡轮叶片轴转子开展3D打印技术工程应用研究,突破了盘轴叶片一体化主动冷却结构设计、     

3D打印技术在航空兵场站的应用研究

针对3D打印技术在航空兵场站飞行保障中的应用空白,从3D打印技术的特点出发,研究了其在航空兵场站生活、装备、物资、卫生等保障领域的应用前景,找出了3D打印技术在航空兵场站应用需要解决的问题,为航空兵场站应用3D打印技术提供了思路与建议。     

3D打印研究与应用专题序言

正3D打印又称增材制造,是从激光快速成型技术发展而来的高科技。近年来,3D打印技术的应用越来越广泛,从飞机发动机的3D打印到巧克力食品的3D打印等层出不穷,已经在航空航天、海洋工程、医疗等装备制造业及教育业中发挥越来越重要的作用。但是,应该看到我国3D打印技术的研究水平与世界发达国家相比尚有很大的差距,国家为此投入了大量的人力、物力,以期在这一新兴的高科技领域占据一席之地。北京工业大学早在20世纪90年代就开展了     

4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究现状和应用进展

形状记忆聚合物材料是一种在外界环境刺激下可发生形状变化的智能材料,基于这种智能材料的可变形结构在生物医疗、航空航天等诸多领域显示出巨大的应用潜力.4D打印技术的问世为智能材料的进一步发展带来新的机遇,同时为微创医疗、智能机器人、柔性电子等高科技产业开创了全新的和智能化的发展方向.本文首先介绍4D打印技术的兴起和发展,以及5种新兴聚合物打印技术（光辅助打印、磁辅助打印、连续纤维打印、容积3D打印、多材料多喷头打印）的研发;其次从热、电、磁、光驱动4个方面综述了近几年4D打印形状记忆聚合物及其复合材料的研究进展及潜在应用,总结了适用于4D打印的形状记忆聚合物及其复合材料的制备方式及性能;然后介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的4D打印结构在生物医疗、航空航天、智能器件及仿生领域的应用研究;最后指出4D打印在打印技术、打印材料、驱动方式和应用验证4个方面存在的问题及未来发展方向.     

基于数字光处理技术的3D打印技术

介绍了以数字光处理(digital light processing,DLP)技术发展出的3D打印技术并讨论了其光学系统对成型效果的影响.介绍了现有3D打印技术的种类、光固化快速成型技术以及DLP技术的原理.说明了以DLP技术为核心的3D打印系统的基本结构,具体说明了DLP技术如何运用于快速成型领域.内容包括数字微镜器件(digital micro-mirror device,DMD)的组成和驱动原理、DLP技术中使用的典型光学系统结构,以及它们在3D打印技术中起到的作用.接着,讨论了在3D打印应用中,DLP技术需要注意的问题.内容包括DLP系统适用的光波长、投影幅面的均匀性和成型精度.最后,总结了DLP技术在3D打印领域的优势及不足.     

镁合金的应用现状及其塑性成形技术

通过对镁合金应用现状及其塑性成形方式的研究,分析了镁合金的应用前景及塑性变形特点,阐述了镁合金塑性加工研究现状,提出了塑性成形是镁合金产品的成形的发展方向.综述了镁合金在汽车工业、电子工业以及航空航天工业上的应用及其塑性成形技术的发展.     

陶瓷注射成型注射和脱脂工艺关键参数的控制

研究了Al2O3陶瓷注射成型所汲及的注射和脱脂工艺,探讨了注射参数对注射坯体质量的影响.根据喂料DTA/TG曲线制定了合理的热脱脂制度,注射坯体经热脱脂和烧结后得到结构致密的陶瓷试样.     

有限元模拟中关键技术问题的处理

本文介绍了热刚粘塑性有限元耦合程序的分析技术及其在环坯扩复合成形过程中的应用,给出了环坯复合成形控制工艺设计实例。     

化学共沉淀法制备喷墨打印用光致变色色料

陶瓷喷墨打印技术以其独特的优点已成为各国研究的热点,开发功能型的墨水是陶瓷喷墨打印装饰技术发展的关键。采用化学共沉淀法,通过正交试验,制备了用于陶瓷喷墨打印墨水的光致变色色料粉体。通过紫外可见反射光中主要红色及蓝色波段的反射率研究样品的色度,确定优化制备条件为:w(Nd~(3+))∶w(Al~(3+))=1∶0.692、pH值为9、煅烧温度为1 000℃,较优样品在红色及蓝色波段反射率最高,蓝色波段反射率为134.44%,红色波段反射率为143.48%,样品变色的效果最显著。XRD分析表明,这种光致变色色料的样品主晶相为铝酸钕,结晶度达91.67%,次晶相为氧化钕。TEM研究表明,色料颗粒通过TEM测试分析得出:尺寸大小为150～200 nm,晶粒形貌呈六方形,晶格条纹清晰,晶体生长发育良好。