功能梯度材料主动混合3D打印喷头的应用研究

功能梯度材料（Functionally Graded Materials,FGM）在生物医学、柔性电子、软体机器人和航空航天等领域有着广泛应用。但是,目前3D打印装置大多处于试验阶段,存在生产稳定性低、无法连续生产以及抽真空时密封性差等问题。针对存在的问题,设计一种基于多材料主动混合的3D打印喷头,利用阀针控制和骨架油封,解决了聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）/碳化硅（Silicon Carbide,SiC）功能梯度材料无法连续性制备的难题,为功能梯度材料的广泛应用提供了一种新的解决方案。经验证,此方案制造聚合物功能梯度材料具有可行性,对后续研究具有重要的指导意义。     

新型多材料3D打印头研制成功

<正>最近,美国哈佛大学科学家设计了一种新型多材料打印头,能混合并打印浓缩的、有粘弹性的"墨水"材料,在打印过程中能同时控制成分和几何形状。打印头通过一种主动混合、快速切换的喷嘴,在运行中改变材料成分,为全3D打印的可穿戴设备和电子设备铺平了道路。要打印一个既包含能随膝盖一起运动的柔软材     

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。     

多材料零件3D打印技术现状及趋势

多材料零件(也称异质材料零件)由于兼顾控形、控材和控性等优越特性,在航空航天、特种工业、医学工程等领域具有广阔市场应用前景,也日益成为国内外3D打印领域的研究热点。介绍了多材料零件3D打印技术涉及的2个关键问题:多材料零件的建模方法和多材料零件的3D打印成型技术。结合多材料零件3D打印技术的应用与发展趋势,分析了多材料零件3D打印研发过程中亟待解决的关键技术。     

3D打印功能单元研究进展

3D打印技术是快速原型制造技术的一种,也被称为增材制造技术,被誉为"第三次工业革命"的核心技术。3D打印技术的强大优势使得越来越多的学者研究不同功能的复杂结构,以实现零件抗冲击、减震、高能量吸收等功能。本文综述了3D打印功能单元的研究现状,重点介绍了抗冲击与能量吸收结构、减震与降噪结构、散热结构、电磁结构等4种复杂功能单元的研究进展,并对几种功能单元的应用进行总结和展望。     

软体机器人3D打印制造技术研究综述

基于弹性、软质材料的软体机器人变形能力强、人-机-环境共融性好,在工业、医疗、家庭服务等众多领域具有良好的应用前景.软体机器人是本体、驱动、感知等高度集成的新型机电一体化智能系统.软体机器人呈现的诸多新特征给机器人领域的制造、驱动、建模、感知及控制等技术带来了全新的挑战.软质材料3D打印技术与装备的快速发展为软体机器人制造实现提供了有力支撑.首先,介绍了主流软质材料3D打印技术的基本原理与特点,包括熔融沉积成形、直接墨水书写、喷墨打印、光固化成型和选择性激光烧结3D打印技术.然后,针对软体机器人一体化制造发展需求,介绍了多材料3D打印、4D打印、嵌入式3D打印等前沿技术.最后,介绍和分析了国内外基于3D打印技术的软体驱动器和柔性传感器经典案例,结合控制-传感-驱动一体化的类生物结构软体机器人发展需求,预测了未来3D打印技术主要发展趋势与技术挑战.     

利用3D打印技术实现骨盆骨折手术导板的设计制造

目的使用3D打印技术设计制造手术导板,辅助手术操作,降低骨盆骨折手术的难度。方法基于数字化骨盆模型的重构流程,针对CT断层图像的台阶效应,提出了层间插值算法,通过层间插值算法优化后,提高了骨盆模型重构精度。然后利用优化后的三维骨盆模型设计制造手术导板,并将其应用于手术。结果术中所见与术前模拟完全一致,术后CT复查显示克氏针位置正确,术后效果满意。3D打印技术的应用使手术时间由两小时缩短为十分钟,避免了术中透视,提高了定位精度,降低了手术难度。     

材料挤出工艺打印功能梯度材料路径规划策略

鉴于增材制造技术中的材料挤出工艺操作方便、节省材料，而目前国内外对该工艺打印功能梯度材料的路径规划策略研究较少，对材料挤出工艺材料组分转变时的延迟现象进行分析，将延迟分为交付延迟和过渡延迟，并提出基于偏移距离对延迟现象进行补偿的打印策略。以Visual Studio 2019为开发平台提出一种自动生成任意功能梯度材料打印路径的新路径规划策略，该策略考虑了每层切片内材料组分的变化，针对不同变化方向生成相应的填充路径，以确保打印过程中的材料组分变化最小，从而提高成型件的材料精度。对多个功能梯度模型进行仿真演示，将生成的打印路径采用OpenGL可视化分析其材料组分误差，并通过实验验证了路径规划策略的正确性。     

基于3D打印的网络化集散制造模式研究

针对正在到来的第三次工业革命的冲击,在分析互联网时代制造业向"制造互联网"方向发展必然规律的基础上,对基于3D打印的网络化集散制造模式进行了深入研究。给出了集散制造模式的理念与定义,分析了其生产组织模式,提出了集散制造系统的功能结构和体系架构,并对其任务实现路径进行了初步研究。设计建设了集散制造应用平台——云创3D网,并对其功能与架构、技术实现方法和商业模式进行了简要论述。     

未来数控机床与3D打印的一体化制造研究

科学技术是第一生产力,伴随技术发展和创新,新时期涌现出很多优秀技术和工艺,在数控机床方面,作为加工生产中的重要设备,长期使用不可避免的出现磨损、老化,浪费资源,增加设备维护成本。3D技术经过长期发展和改进,已经逐渐趋于成熟,可以借助金属粉末实现产品一次性打印,具体原理是通过数控机床加工期间产生的废料回收再利用,然后3D打印加工出强度低的部件,但是此项技术无法实现高强度金属零件生产,推动二者的一体化制造发展,可以大大降低生产加工期间所产生的损耗,提升生产效率,推动工业转型升级发展。本文就数控机床与3D打印一体化制造发展分析,有助于推动技术创新变革,为工业现代化转型发展做出更大的贡献。     

易格斯推出3D打印材料

德国老牌“运动塑料”专家易格斯（igus）于2014年汉诺威工业展上首发摩擦力优化的3D打印材料。这种材料的耐磨性能是传统3D打印材料的50倍。客户可以使用这种材料通过3D打印机打印出自己设计的耐磨部件及常规滑动轴承。     

3D打印PLA材料内部应力检测研究

基于FDM技术的3D打印方式在先进制造领域应用越来越广泛,打印过程中由于熔融材料快速冷凝而发生收缩。现阶段没有合适手段检测打印件内部应变。光纤光栅具有柔性特征,可以粘合在打印件内部通过实验监测内部应变。本实验的研究对象是以PLA作为3D打印材料,通过在3D打印过程中将光纤光栅埋入实验样本,通过拉伸实验和温度实验测试了该材料的内部应变变化以及确认残余应力。     

基于3D打印教具设计与制造

重点阐述3D打印技术对教具设计与制造的作用,针对教具的设计与制造耗时、更新速度慢、生产成本高等问题,通过结合3D打印技术进行教具的单件小批量生产,达到降低教具设计与制造成本,普及立体化教具的教学作用。     

3D打印在汽车制造中的应用

<正>"中国制造2025-节能与新能源汽车",从车身制造更优质、高效、柔性化、低成本和安全、节能、环保等方面对连接技术提出了更高要求。本文结合这一新形势,对3D打印技术在中国汽车工业中的应用现状做了详细阐述,对其前景进行了简要分析和展望。3D打印技术是基于分层迭加的快速成型,又名增材制造,是利用三维设计数据在一台设备上由程序控制快速、精准地制造出任意复杂形状的     

基于FDM的柔性材料3D打印工艺研究

采用传统FDM设备打印柔性丝材时,由于送丝力过大,易出现丝材弯折和回抽困难等问题,导致打印失败。在丝材FDM打印头上同时实现软硬材料的打印,有利于拓宽FDM 3D打印的应用领域。提出了一种仅通过改变弹簧尺寸来调节送丝力的简便有效方法,从而保证不同硬度材料的稳定打印。通过观察打印过程中送丝稳定性情况和成型制件的表面质量,得到适合材料打印的最佳弹簧弹性系数。研究结果表明:保证丝材稳定打印的送丝力随丝材硬度的增大而增大,适合TPE-83A、TPU-87A及TPU-95A三种柔性材料打印的合适的弹簧弹性系数分别为0.37 N/mm～0.48 N/mm、0.37 N/mm～0.70 N/mm、0.48 N/mm～1.32 N/mm;选择合适弹性系数的弹簧进行大尺寸样件打印时,打印稳定性良好,且制件表面质量佳,充分说明该方法的合理性。该研究结果对进行FDM送丝机构的结构设计具有借鉴意义。     

5D打印——生物功能组织的制造

生物制造是制造技术与生命科学技术交叉融合产生的新兴学科方向,这一学科方向的发展将为巨大的人体组织与器官市场提供新技术,同时也给制造技术变革带来新机遇。面向生物制造未来发展,提出5D打印制造概念,论述了5D打印的内涵,分析了其关键技术。结合生物制造技术的现有进展,介绍了研究团队在心肌组织支架的制造、类脑神经组织制造、爬行生命机械混合机器人方面取得的初步研究进展,为生物制造技术拓展新方向提供新思路。     

基于3D打印的直线导轨快速制造的应用研究

直线导轨与滑块分离时,精密排列的滚珠极易脱落,安装复位困难,为此提出一套解决方案：测量直线导轨的形状尺寸并通过UG建模,再采用3D打印快速成型直线导轨样品,并应用在教学实践中,收到了较好的效果。     

多轴3D打印技术研究进展

3D打印技术通过逐层堆积的方式成型，克服了零件制造的几何限制，受到了学术界和工业界的广泛关注。但这种定向构建方式会导致零件存在阶梯效应，强度不足且需要添加支撑结构等一系列问题。为了解决传统层式打印存在的问题，研究人员开发了多轴3D打印技术。多轴3D打印技术使用多自由度机器人对零件进行动态构建，克服了传统层式打印的限制，显示出了极高的零件制造灵活性。鉴于此，对多轴3D打印技术进行了回顾，首先分析了传统3D打印存在的一些问题，然后综述了多轴3D打印技术的研究进展，包括多轴3D打印技术在路径规划、零件力学性改善、去支撑化、消除阶梯效应以及大尺寸打印上的研究概况。最后探讨了多轴3D打印技术目前存在的问题和未来可能发展的方向。     

基于云制造与3D打印的阀门服务研究

针对传统阀门营销模式的存在的共性问题及阀门用户的需求,提出了云制造环境下阀门快速制造的营销模式。将云制造及3D打印的融合作为支撑阀门的营销方向,探讨云制造与3D打印相结合下的阀门营销,分析了基于云制造环境下3D打印支撑的阀门营销模式、运作流程,构建了云阀门营销服务平台,为用户提供设计、制造、营销三个层次的服务。通过实例分析探讨了该模式下阀门研发、设计、生产、销售的全生命周期运作流程。研究表明:结合云制造与3D打印模式的云阀门营销模式具有加快整合阀门行业的设计、制造、研发、销售存量资源的作用。     

聚乳酸材料在桌面型3D打印中的应用研究

针对聚乳酸材料的桌面3D打印应用工艺问题,对聚乳酸材料的桌面型3D打印应用进行了研究,阐述了聚乳酸材料桌面型3D打印的过程,对比了不同层厚设置对加工时间及精度的影响,提出了精度、时间及常用的3种模式下3D打印成型工艺规律表。通过利用工艺表,完成了部分几何难度各异的产品3D打印。针对聚乳酸材料性能的缺陷,归纳了目前常用的改性方法,指出了复合技术简单易行,能有效地提高聚乳酸力学性能并改善其耐热性。研究结果表明,所提出的工艺参数表能有效指导聚乳酸材料的桌面3D打印应用,复合技术是可靠的聚乳酸材料改性方法。