基于FDM的3D打印参数优化实验研究

以熔融沉积制造技术中常用的基体材料PLA作为对象,通过3D打印实验,对打印过程中的因素参数进行优化实验研究。利用单因素实验法和正交实验法,以打印时间和打印尺寸误差为实验指标,选取层厚、打印速度和喷嘴温度三个主要因素展开实验。实验结果表明,层厚为0.3mm,打印速度为20mm/s,喷嘴温度为200℃时,可以在保证打印质量的情况下获得最短打印时间。对打印效率影响程度由大到小依次是层厚,打印速度,喷嘴温度,并进一步通过实验验证。     

基于正交试验的FDM 3D打印工艺方法研究

正交实验设计和分析方法是研究多因素多水平工艺优化实验的有效方法。针对目前3D打印领域缺乏行业标准、影响3D打印成型结果的工艺参数繁多、最佳工艺流程难以确定的问题,采用正交实验方法研究影响3D打印成型质量的工艺流程,分析出层高设置、打印速度、填充密度依次为影响FDM(熔融沉积)3D打印成型的主要因素,并得出层高0.18mm,打印速度40 mm/s,填充30%时表面质量较好。正交实验方法对优化3D打印工艺流程、提高打印效果具有借鉴意义。     

直写铸造蜡沉积成型数值模拟分析与实验

熔模铸造工艺中蜡模制作周期长、开模费用高,而且不适合单铸件或中小规模生产,将基于快速成型的热辅助直写技术(DIW)应用于蜡模制造可以实现对零件研发的快速响应。熔丝质量是保证蜡模成型质量的前提,因此,探究挤出压力、挤出速度、打印速度、喷嘴内径、喷嘴与热床间隙等工艺参数对熔丝成型的影响。对铸造蜡直写挤出沉积过程进行流体动力学建模,利用数值分析法详细研究上述5个工艺参数对熔丝成型的影响,采用纵横比、紧凑度两个指标对熔丝进行评价,得出在不同速度比v/u 下可选择的最优间隙比h/d。通过实验验证了计算模型的正确性。结果表明：相较于理想截面模型,所提出的计算模型可以更准确地预测熔丝的截面几何特性,为铸造蜡直写成型过程最优工艺参数的选择提供参考。     

金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺及实验验证

金属熔滴均匀连续沉积是一种新型的3D打印技术和快速原型(RP)技术。本文系统研究了铝熔滴连续沉积到基板表面的瞬态传热传质现象,沉积机理主要包括金属熔体的毛细现象及固液界面的传热、凝固、搭接和重熔。采用VOF方法对连续沉积的金属熔滴在水平固定铝基板表面沉积进行3D建模。针对凝固传热过程中不同参数下熔滴在铝基板表面沉积、凝固进行了研究,通过数值计算与实验验证,各种工艺参数的影响,如喷射速度、基板温度、熔滴直径与碰撞最大铺展因子的影响,显示了很好的一致性。基于上述研究,成形形貌和内部微观结构之间的定量关系进一步验证了金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺的可行性。此工艺为金属微沉积制造实施有效的过程控制提供指导。     

直接激光沉积合金熔池在线高速摄像机测试技术研究

直接激光沉积过程熔池在线监控是实现自动调控激光工艺参数，保障3D打印高质量零件的新技术之一。文中以合金钢直接激光沉积在线熔池监控系统与方法构建为研究目标，在功率2 000 W,扫描速度分别为2,3,4,5,6 mm/s条件下制备合金钢样品，采用高速摄像机监控系统，探究了合金钢直接激光沉积过程熔池形貌在线测试理论与方法。结果表明：高速摄像机具有对激光与合金粉末作用及形成熔池形貌在线测试的能力，利用高速摄像机观察直接激光沉积过程，通过计算粉末达到熔池前温度为830.8 K,同时观察到粉末并未熔化。随着扫描速度的增大，熔池高度和长度逐渐减小，熔池宽度基本保持不变。该研究结果为研发直接激光沉积熔池形貌自动监控系统提供了重要参考。     

PEEK的3D打印参数优化及铣削试验研究

以医学中常用到的PEEK材料作为研究对象,通过3D打印试验,对打印过程中的因素参数进行优化试验研究。利用正交试验法,以打印尺寸误差为试验指标,选取层厚、打印速度和喷嘴温度三个主要因素展开优化试验。铣削试验是利用电主轴对打印模型进行表面加工,选取合适的铣削参数展开试验。试验结果表明:层厚为0.3mm,打印速度为15mm/s,喷嘴温度为360℃时,可以获得最佳的打印质量;在此基础上进行铣削可以提高表面精度,并进一步通过试验验证。     

3D打印-激光烧结制备导体和介质厚膜的显微结构与性能

为拓展3D打印技术在厚膜混合集成电路制备领域的应用,提高厚膜浆料烧结效率,采用3D直写+激光烧结制备三种导体浆料厚膜和一种介质浆料厚膜,并与常规的丝网印刷+高温炉烧结厚膜进行显微结构与性能的对比研究。结果表明,常规丝网印刷+高温炉烧结的导体及介质厚膜具有良好的显微结构与性能。相比而言,3D直写+激光烧结制备的导体厚膜平整连续、厚度均匀,焊接性能良好,但结构不够致密,部分导体厚膜存在膜层附着力不足,方阻偏大的问题;介质厚膜激光烧结后的致密性较导体厚膜更低,绝缘性能不满足要求。3D直写制备导体或介质浆料厚膜具有可行性,但激光烧结工艺参数有待优化,以实现厚膜的烧结致密化,提高厚膜与基板的结合强度。     

全球首款工业级硅胶3D打印机灵活性极高

正德国化学巨头Waeker最新研制的工业级硅胶3D打印机ACEO Imagine Series K,是全球首款工业级硅胶3D打印机。这对于3D打印产业乃至整个制造业来说都是好消息,因为硅胶这种材料虽然具有十分优秀的特性,比如足够耐热,低温下仍可保持柔软,透明、生物兼容、良好的阻尼特性等,应用范围相当广,但在此之前只能通过注射成型工艺加工。不过现在有了3D打印,它的使用灵活性无疑将大幅提高。ACEO Imagine Series K的打印尺寸相当大,为500 mm×500 mm,打印速度也很高。它采用的是Waeker独有的按需     

金属熔融三维直写工艺研究

针对现有金属材料增材制造过程中存在的成本高,效率低等问题,提出一种采用常规热源的金属熔融三维直写技术,并在此基础上开发了金属熔融三维直写成形系统。实验以铋锡合金丝材为原料,开展了单道直写成形、单层直写成形和多层直写成形试验,研究了送丝速度、直写速度、喷嘴距平台距离和搭接率等主要直写参数对直写成形质量的影响。结果表明:金属熔融三维直写是一种有效的金属材料增材制造技术,通过优化直写工艺参数可以获得成形质量良好的单层成形和三维成形样件。     

基于FDM的铸模模型打印精度的研究

从3D打印工艺参数"厚度、壁厚、温度、速度"等方面,探讨了打印工艺参数对3D打印的铸模模型尺寸的影响关系,利用正交试验确定打印参数对尺寸影响的主次顺序,并确定工艺参数的最优组合,为实际应用中优化打印工艺参数提供参考依据。     

基于熔模铸造技术的离心式叶轮制造工艺探索与研究

采用3D打印及硅胶翻模技术改进了离心式叶轮的熔模铸造工艺过程，通过大量实践，研究及制定了合理的工艺流程，最终制造出了合格的离心式叶轮制品。结果表明：熔模铸造工艺融入3D打印及硅胶翻模改进术后可以制备出表面质量及尺寸精度合格的离心式叶轮零件。     

电场驱动熔融喷射微尺度3D打印微结构

提出了一种基于电场驱动喷射沉积3D打印的新方法来加工高分辨率结构,结合数值模拟与实验研究,揭示了其成形原理与喷射规律。通过优化工艺参数,使用内径250μm的喷嘴,在玻璃衬底上打印出点直径20μm的微图案,验证了电场驱动熔融喷射在微尺度3D打印上的可行性。     

周向引入旋流喷嘴参数优化的仿真和实验研究

周向引入旋流喷嘴能够有效提高喷嘴内部的液体流速和外流场的雾化效果。针对影响旋流喷嘴的关键参数(射流管直径、喷嘴出口直径、射流水压),分别利用流体动力学软件仿真和实验测试研究了旋流喷嘴内外流场。结果表明:旋流喷嘴上部中心区域压力较低,旋流提高了喷嘴内部水流的速度;在旋流喷嘴内部,随着射流管直径的增大,喷嘴轴线的速率会随之增加,喷嘴内部射流速度均沿着轴线方向表现出单调增加的变化规律;雾化粒度D50随着射流水压和射流管直径的增加而减小;雾化粒度D50随喷嘴出口直径的增加均表现出单调增加的变化。确定最佳喷嘴出口直径为3 mm,射流管直径为4 mm。     

全新高速3D打印系统问世

<正>近日,德国弗劳恩霍夫模具和成型技术研究所(IWU)开发全新3D打印系统——螺旋挤压增材制造SEAM,其打印速度比传统3D打印技术快8倍,且能以低成本打印出坚韧的塑料零部件。该系统在打印时,直径为?1 mm的喷嘴每小时可以挤出7 kg塑料,而传统FDM或FLM熔融沉积成型的3D打印机,通常每小时只可以挤出50 g的塑料。目前该系统能在18 min打印出30 cm高的塑料零部件,并能进行批量生产。     

FDM型3D打印机喷嘴多目标优化设计

分析传统桌面级熔融沉积成型(FDM型)3D打印机喷嘴的结构特点,选择喷嘴流道直径、收缩角与喷嘴温度作为试验变量,进行正交仿真试验。分析喷嘴熔体压力场、速度场、黏度场、温度场以及剪切速率场的分布状态。以稳定的出口截面速度、较低的流道熔体黏度以及较高的出口压力作为提高喷嘴打印精度与确保打印过程顺畅的优化目标。通过极差分析,确定三因素分别作用下每个优化指标的变化规律,并基于遗传算法求解多目标优化问题。结果表明:出口速度方差的最显著影响因素为流道直径,流道熔体黏度与出口压力两指标的最显著影响因素为喷嘴温度;综合考量,喷嘴流道直径为1 mm、收缩角为30°且在200~210℃工作时,能够实现较优指标的聚丙烯熔体打印。     

金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺及实验验证（英文）

系统研究了铝熔滴连续沉积到基板表面的瞬态传热传质现象,采用流体体积法(VOF)对连续沉积的金属熔滴在水平固定铝基板表面沉积进行3D建模。针对凝固传热过程中不同参数下熔滴在铝基板表面沉积、凝固进行了研究,通过数值计算与实验验证,各种工艺参数的影响,如喷射速度、基板温度、熔滴直径与碰撞最大铺展因子的影响,显示了很好的一致性。基于上述研究,成形形貌和内部微观结构之间的定量关系进一步验证了金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺的可行性。此工艺为金属微沉积制造实施有效的过程控制提供指导。     

基于直流无刷电机的FDM打印机速度提升研究

FDM成型工艺的3D打印技术成本低、可打印材料多样,在多个领域得到了广泛的应用,但其打印速度慢在大模型制作以及小批量生产中受到限制。本文从提高移动速度入手,选用适合高速打印的UM结构,采用Marlin固件,利用FOC驱动的无刷电机代替X轴和Y轴的步进电机。所选用的无刷电机理论最大打印速度可以达到2,000mm/s;由于成型平台尺寸限制,理论最高打印速度为547.7mm/s;设置打印速度为400mm/s时对照组步进电机产生非常严重的丢步,撞击了打印机的边框,而无刷电机仍能完成模型打印;继续提高到500mm/s时由于喷头挤出速度和冷却速度与打印系统无法正常成型。     

3D打印机送丝机构和喷嘴协同优化研究

为提高3D打印机出丝的连续性与稳定性，提出送丝机构和喷嘴协同优化方法，克服了已有的打印机喷嘴和送丝机构单独优化而忽略两者之间耦合效应的不足。以喷嘴加热段长度、散热段长度、出口长度、送丝速度为优化参数，以喷嘴截面平均速度和平均温度为优化目标，设计正交试验，进行流体仿真。为快速得到最优方案，基于神经网络与NSGA-Ⅱ算法进行优化分析，结果表明：加热段长度为6 mm、散热段长度为4 mm、出口长度为0.7 mm、送丝速度为4.5 mm/s时，最大喷嘴截面平均速度为78 mm/s，最大平均温度为208.39 ℃，最大平均速度提高2.6%，最大平均温度提高1.22%。以最佳工艺参数组合进行流体仿真验证，结果表明：喷嘴截面平均速度与温度确实明显提高。     

基于缝式喷嘴的高硅钢渗硅速率实验研究

目的研究基于缝式喷嘴的SiCl4和N2混合气体的喷射工艺参数对CVD法制备6.5%Si钢渗硅速率的影响。方法采用不同的反应温度、SiCl4气体体积分数、混合气体流量进行渗硅实验,通过扫描电镜、能谱分析、失重比研究这3个参数对渗硅速率的影响,并对比分析喷嘴喷射反应气体和均匀气氛对渗硅速率的影响。结果缝式喷嘴喷射反应气体能极大提升渗硅速率。随着温度的升高,渗硅速率不断升高,达到1100℃后,渗硅速率趋于饱和不再有明显变化。随着SiCl4气体体积分数和混合气体流量的升高,渗硅速率均先升高,再逐渐降低,当SiCl4气体体积分数为15%时,渗硅速率达到最大;当混合气体流量为1 L/min时,渗硅速率达到峰值。结论 CVD法制备6.5%Si钢时,采用缝式喷嘴喷射反应气体具有明显的优势,最佳工艺参数为:反应温度1170℃,SiCl4气体体积分数15%,混合气体流量1 L/min。     

基于多材料打印制备梯度结构电解电容器阳极块

高功率密度固体钽电容器阳极块的设计、加工和制造是当前研究的热点和难点。实验借助多材料浆料直写成型3D打印技术制备具有梯度结构的固体钽电容器阳极块。研究了阳极块打印制备工艺,分析了浆料配比、挤出量、层间距、打印速度等对成型效果的影响。结果表明,用钽粉、粘结剂PVA(聚乙烯醇)和溶剂水(配比为7.5:1:5)配制的浆料在打印速度为3mm/s,气压为765KPa,打印针孔内径0.84mm,层间距0.5mm的条件下,通过模型设计、打印浆料配置、双喷头打印、引线插入(焊接)、矫形、烧结和化成等工艺,制备出的具有梯度结构的阳极块形状规整,均匀,其收缩率在9.7％-14.5％之间,单位质量的CV达到53200μF.V/g,相比同类产品增加了15.6%,基本达到工业化生产需求。该技术是现有加工制备技术的有益补充,是对高功率密度和能量密度电解电容器阳极块制备技术的有益探索。