异质材料零件的集成设计与制造研究

异质材料零件的CAD与CAM研究的相互孤立使其难以形成有效的设计与制造体系。文中提出并研究了一种基于STL数据格式的异质材料零件设计与制造一体化方法。以异质材料零件的逐层分解、网格细化及均匀化为基础,逐步对微四面体空间单元网格节点、表面及其内部进行结构与材料的并行设计,之后对异质材料零件CAD模型进行切片分层,获得含有结构信息和色彩信息的系列彩色切片数据,并采用基于数字化微滴喷射技术的快速成型工艺较为系统地实现了异质材料零件的原型设计与制造。     

理想材料零件材料信息表述及处理的研究

由均质材料、复合材料、功能梯度材料和功能细结构材料构成的理想材料零件是实现零件几何拓扑、材料和功能完美结合的新型零件，其CAD模型是实现理想材料零件数字化并行设计和制造过程的基础。着眼于理想材料零件CAD模型中的材料表述模型，提出了使用细观尺度上的周期性细结构统一表述单质材料、复合材料、功能梯度材料和功能细结构材料的方案，并在单纯剖分基础上，完成了理想材料零件的几何和材料信息的表述。所给出的材料信息提取算法及算例证明了数字化方案的可行性和有效性。     

理想材料零件的数字化设计制造方法及内涵

提出了理想材料零件的新概念 ,它是指按零件的最佳使用功能要求来设计 ,由呈梯度变化的组织成分和一定规律分布的细结构的材料与均质材料所组合构成的新型材料零件。提出并阐明了理想材料零件的数字化的并行设计制造 (简称数字化设计制造技术 )的方法和理论基础 ;它以材料与零件的一体化、集成化设计制造为主要特点 ,可根据零件功能要求进行零件的外部几何拓扑形状和内部材料组织细结构的并行设计 ,并采用增材制造和去材制造相结合的制造技术 ,按数字化设计的信息 ,一次完成零件内部组织结构和三维形体的制造。指出数字化设计制造将会使人们长期以来设想的按力学、电磁学性能来高效地设计制造新材料零件变为现实 ,在不远的将来定能像设计和建造房屋那样 ,按照所需功能设计制造理想材料零件。     

理想材料零件的数字化设计制造方法及内涵

提出了理想材料零件的新概念，它是指按零件的最佳使用功能要求来设计，由呈梯度变化的组织成分和一定规律分布的细结构的材料与均质材料所组合构成的新型材料零件。提出并阐明了理想材料零件的数字化的并行设计制造(简称数字化设计制造技术)的方法和理论基础；它以材料与零件的一体化、集成化设计制造为主要特点，可根据零件功能要求进行零件的外部几何拓扑形状和内部材料组织细结构的并行设计，并采用增材制造和去材制造相结合的制造技术，按数字化设计的信息，一次完成零件内部组织结构和三维形体的制造。指出数字化设计制造将会使人们长期以来设想的按力学、电磁学性能来高效地设计制造新材料零件变为现实，在不远的将来定能像设计和建造房屋那样，按照所需功能设计制造理想材料零件。     

基于工艺知识库的面向制造设计系统的研究

面向制造的设计是实现并行设计的关键技术。这里以零件的机械加工为例,研究了零件模型的建立,工艺知识的表示和组织,可制造性的分析和评价等关键技术,在CAD软件的平台上开发了基于工艺知识库的面向制造的原型设计系统,并通过基于知识的可制造性分析保证所设计零件的工艺性。     

理想材料零件数字化设计制造研究现状

理想材料零件是由均质材料、复合材料、功能梯度材料和介观细结构构成的复杂非均质零件 ,其数字化设计制造是以 RPM工艺为基础、几何与材料同时制备的并行制造过程。本文介绍了理想材料零件在数字化设计制造中的 CAD建模、定向技术、切片技术、制造技术等关键技术 ,分析了国内外研究现状     

回转类零件 CAD/CAM 并行设计的建模技术

介绍了基于并行设计理论实现ＣＡＤ／ＣＡＭ集成的回转类零件并行设计系统ＤＰＭ－Ｔ的体系结构和零件全局数据模型和系统控制模型的建立。讨论了ＤＭ特征分类，表达方法和零件可制造性评价等问题。     

齿轮类零件CAD/CAPP集成系统的研究

针对齿轮的研究 ,开发了基于并行设计的齿轮类零件 CAD/ CAPP集成系统 ,并把参数化设计与特征拼合设计结合起来 ,实现了结构设计与制造信息的集成 ,为齿轮设计和生产提供了一个高效、实用、准确、可靠的工具 ,并为机械类零件 CAD/ CAPP系统提供了基础     

齿轮类零件CAD／CAPP集成系统的研究

针对齿轮的研究,开发了基于并行设计的齿轮类零件ＣＡＤ／ＣＡＰＰ集成系统,并把参数化设计与特征拼合设计结合起来,实现了结构设计与制造信息的集成,为齿轮设计和生产提供了一个高效、实用、准确、可靠的工具,并为机械类零件ＣＡＤ／ＣＡＰＰ系统提供了基础。     

一种喷雾试验台温控及燃油喷射系统的设计

为实现可变环境温度以及可变燃油温度喷雾特性的试验研究,设计并且制备了一种具有较大调节范围和较高调节精度的环境温度控制系统和燃油温度控制系统,为深入研究不同环境气体温度和燃油温度对喷雾的影响奠定了基础。此外,为保证喷射系统的可靠性,基于Multisim模拟设计并优化了喷油器单次喷射控制系统,基于单片机系统和开关电源模块实现脉宽可调的喷射控制系统,满足了实验研究的要求。     

直接金属成形喷射技术

分析了现有典型直接金属成形同轴喷射喷头系统的专利,结合试验提出了喷头系统的设计准则。在此基础上设计开发了单喷点同轴喷射系统。试验证明该喷头使成形工艺控制更加灵活,提高了成形零件的质量。     

基于数值模拟的捞雷具水射流切割系统参数设计

捞雷具水射流切割系统设计参数的选取对射流系统性能有很大影响,文中采用标准紊流模型,对轴对称淹没水射流撞击靶件的流场进行了数值模拟,分析了射流出口速度、射流出口角度等参数对射流冲击力的影响。数值模拟获得的计算结果较好地体现了淹没冲击射流流场的规律,为捞雷具射流切割系统设计参数的选取提供了依据,并可为相关射流系统的设计提供参考。     

自升式钻井平台新型高效冲桩系统的研制

针对自升式钻井平台现有冲桩系统存在的问题,提出了一种冲桩系统改造方案,利用液压机构控制冲桩系统,能将所有冲桩喷嘴打开后同时冲桩。研究结果表明,该系统的冲桩能力明显得到提升,减小了拔桩阻力,从而达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全性的目的。     

并联柱塞泵水射流系统的研制和工程应用

水射流雾化制粉工艺和冷态钢材的磨料水射流除除鳞除锈工艺是典型的并联水射流系统工程应用,系统的流量脉动直接影响系统的工艺应用。本文介绍了上述2种典型并联水射流系统的研制,分析总结了泵的相位偏角差值对并联柱塞泵水射流系统流量脉动影响,认为泵之间存在最佳相位偏角使并联柱塞泵水射流系统的流量脉动率得到降低。     

数字化微量喷点系统设计

为了实现数字化微量喷点,系统将微喷射技术与运动控制系统相结合,从微喷射技术的原理与其系统总体结构出发,分析微喷装置的工作原理,叙述了数字化微量喷点系统的总体设计与技术方案,并介绍了系统的硬件构成与软件设计过程,采用了YAMAHA-ERCX运动控制器,结合VB编程开发环境,为微喷射技术的应用提供了实际方法。本系统可用于医学、生物及医药工程等相关领域的研究。     

Cross-talk effect in electrostatic based capillary array nozzles

Electrohydrodynamic printing is a promising technique for printed electronics application. Most researchers working in this field are using a single nozzle configuration. However, for large area printing a multi-nozzle setup will be required for time and cost effective process. In this paper the influence of electric field and flow-rate on jetting angle on multi-nozzle array has been investigated experimentally. A three nozzle setup has been used in a linear array by using glass capillary as a nozzle with independent voltage applied on each nozzle and independent ink supply. The experiments are performed by changing the nozzle to nozzle gap and the effect on the jetting angle has been investigated. It has been observed that by increasing the applied voltage the jetting angle also increases at fixed flow-rate. In case of increasing the flow-rate, the jetting angle first increases with increase in flow-rate, but as the flow-rate increases at certain level the jetting angle decreases; moreover, at a high flow-rate the cone-jet length starts increasing. Numerical simulation has been performed to have a better understanding of the electric-field with respect to jetting angles. The influence of one nozzle on another nozzle is also investigated by operating the nozzle independently by using different operating cases. The cross-talk effect is also minimized by reducing the nozzle diameter. At 250 μm nozzle diameter the cross-talk effect was negligible for 5 mm nozzle-to-nozzle gap. This study will help in better understanding of the interaction between different nozzles in multi-nozzle cases and better design of the multi-nozzle system by minimizing the effects of adjacent nozzles for multi-nozzle electrohydrodynamic printing system.     

微电子封装中的喷射点胶过程建模和控制

针对喷射点胶阀存在点胶一致性差的问题,提出了一种基于体积估计模型的批次PI控制策略。通过对胶体流变特性进行分析,基于胶体剪切应力和剪切速率关系建立了喷射点胶的流量模型,依此推导出体积估计模型。基于建立的模型,运用批次PI算法来实现喷射点胶阀的一致性控制。仿真和实验结果验证了体积估计模型的可靠性,并表明该控制方法能有效地改善喷射点胶的一致性。     

三维打印快速成形技术及其应用

三维打印快速成形技术与其他快速成形技术相比具有众多优点,被认为是快速成形领域最有生命力的新技术之一。本文根据喷射材料的不同,将三维打印快速成形技术分为粘结成形三维打印和直接成形三维打印,分别介绍了它们的工作原理、系统组成和结构特点。结合三维打印快速成形技术独特的成形工艺特性,对其在产品的概念原型与功能原型件制造、生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域的应用前景进行了分析和展望。     

低温冰型快速成形技术中喷射技术研究

低温冰型快速成形技术是一种基于喷射成形的快速成形工艺，喷射技术是其工艺关键，在工艺的开发和研究中，先后采用了连续喷射和离散喷射2种方式的喷头，总结了实验当中2种喷射方式在出流阈值，流量，稳定性，精密性，响应灵敏度等方面表现的差异，从喷头结构和喷射原理两方面对2种喷方式的差异进行了理论分析，阐述了离散喷射和连续喷射2种方式的特点，指出了2种喷射方式各自的使用领域。     

Jetting stability of molten caprolactam in an additive inkjet manufacturing process

This paper proposes a novel additive manufacturing concept which uses inkjet technology to manufacture parts in nylon 6. The methodology involved a series of experiments to investigate whether caprolactam, the monomer of nylon 6, could be jetted in the molten state. Once this was established, further experiments were undertaken to determine the possible boundaries for the process parameters. The main parameters were the vacuum level at which the melt could be controlled for stable jetting, the jetting voltage amplitude and frequency which were investigated against the jet array stability by monitoring the printhead’s nozzle plate. The jet(s) instability behaviour were characterised in different sets of experiments in order to optimise the jetting conditions for the molten caprolactam. The jetting voltage and vacuum level were found to have a significant effect whereas the jetting frequency did not. Instabilities occurred in the form of individual deviating jet trajectory and also jet array failures. These were found to be initiated by air motion when using inappropriate jetting voltage resulting in incorrect jet trajectory. A combination of incorrect jetting voltage and vacuum level led to air bubble entrapment during jetting and, therefore, rapid failure of the jets. Analysis of jet array instability led to a stable process window for further stages of the research on the additive inkjet manufacturing process development.