3D打印成型工艺及材料应用研究进展

系统阐述了当前几种主流的三维打印成型工艺的技术特点,着重介绍了三维打印所用材料的特点、改性研究及应用领域.最后结合国内外研究的最新进展,对三维打印材料及相关技术进行了展望.对进一步研究3D打印的成型工艺技术,拓展3D打印材料的种类及应用范围具有指导意义和参考价值.     

挤出式FDM 3D打印喷头的优化设计

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计.采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM 3D打印喷头.用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配...     

喷墨式水泥3D打印喷头泥浆流动规律分析

基于熔融沉积成型3D打印工艺,介绍了喷头直接挤出水泥浆的喷墨式水泥3D打印工艺,并通过进料口压力、喷口直径、螺杆转速和螺杆几何尺寸对喷头出料率影响的实验,研究了喷头内水泥浆的流动规律,指出了影响喷头出料的关键因素.     

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。     

基于多喷头生物3D打印系统的管腔型结构构建

基于多喷头生物3D打印系统和溶芯支撑法,运用超低温打印技术,以胶原为管壁材料,水凝胶F127为溶芯材料构建复合管腔结构,经过京尼平溶液交联及冻干处理后将支架浸泡在1℃的去离子水中以去除溶芯材料,从而获得胶原管腔支架结构;同时探究了以明胶/海藻酸钠为管壁结构,明胶材料为溶芯的管结构制备技术,实验证明明胶作为溶芯材料制备管结构的可行性。制备出了具有较好结构及力学性能的胶原和明胶/海藻酸钠管腔支架结构。该多喷头生物3D打印系统以溶芯工艺的方法,在构建管腔型生物结构方面具有很好的效果,为临床及再生医学提供了重要的制造工艺基础。     

基于FDM的3D打印工艺实验研究

FDM成型技术作为3D打印的主流技术之一,因安全环保成本低,在教育等诸多领域发生了颠覆性的革命。FDM成型工艺实验研究,旨在减少3D打印实验教学中的盲目性,降低废品率。本文分析了影响FDM成型质量的关键因素;探讨了不同成型方向对3D打印成型技术经济性影响;实验研究了喷头温度、最小壁厚及打印速度与成型质量的关系,提出了改进FDM成型质量的方法,为高校3D打印实验教学提供重要参考。     

3D打印技术在医疗领域的应用进展

首先简单地介绍了医疗领域中所应用的3D打印成型工艺,并从成型精度、材料、成本等方面进行了简单比较,然后重点介绍了3D打印技术在医疗模型、永久植入体、组织工程支架和具有生物功能性的仿生三维结构体等4个应用领域内的最新进展,最后指出了多材质、全彩色、多孔模型及可降解材料是未来医疗领域3D打印技术的发展方向.     

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。     

3D打印技术的应用

被认为推动了第三次工业革命进程的3D打印技术,涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面。投入民用工业是近年来的事,多用于大型制造业。随着3D打印技术的应用越来越广泛,各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势,未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样,成为每家每户都买得起、用得上的设备。     

基于3D打印技术新型螺杆转子结构设计及分析

利用3D打印技术的成型特点,针对螺杆转子的复杂成型过程及轻量化设计思路,提出了3D打印技术在螺杆转子成型设计中的应用。通过对螺杆转子内部结构设计,采用聚乳酸(PLA)材料熔融堆积的方法,实现了新型蜂窝状空腔螺杆转子实体模型的建立,充分证明了3D打印技术在复杂工件成型过程中的优势,同时为螺杆转子结构优化及轻量化设计提供了新的参考。     

三维打印技术研究

从材料形式与原理两方面对几种主流的3D打印技术进行了详细的对比与分析。研究表明:基于液态形式的三维立体光刻技术具有最高的精度,但可用材料较少且成本较高;基于粉末形式的3D打印技术可用于对结构稳定性要求高的工件制作;而基于薄片形式的分层实体制造技术可用于对精度要求不高的批量制造。     

基于反馈控制的3D打印精度提升技术研究

3D打印机工作过程中,步进电机可能由于失步等原因产生较大的误差.为了提升3D打印的精度,以熔融沉积性3D打印机为对象,以步进电机反馈控制算法为基础,设计了3D打印系统,并通过对系统位置和速度的性能测试,验证了该3D打印系统的有效性.     

基于相变材料的柔性夹具技术研究

相变材料夹具技术是一种新型的柔性夹具技术,其利用相变材料的液固两相转变实现了真正意义上的柔性装夹。本文介绍了真相变材料中具有实用价值的低熔点合金相变夹具的发展应用,并指出其当前尚未解决的问题。     

基于3D打印技术的石墨烯基三维电极设计制造研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、稳定的放电平台和安全的使用环境被广泛应用于航空航天、汽车、可穿戴柔性设备等领域.目前锂离子电池的研究主要集中在薄电极(＜50 μm)的设计制造,其较低的单位面积负载(＜5 mg·cm-2)严重制约了面积比容量.因此厚电极的制造(100～500 μm)将成为未来高比能量电池的研究热点.3D打...     

基于3D打印技术的主泵试验用叶轮研制

为提高核电站主泵性能试验用缩比叶轮的制造质量,缩短制造周期,开展了利用金属3D打印技术进行试验叶轮制造的研究。基于叶轮结构和不同3D打印成形工艺的特点,选择SLM技术作为主泵试验用叶轮的3D打印方案,完成主泵试验用叶轮3D打印模型的设计及成形技术参数的设置,经过试验验证确定主泵试验叶轮的金属3D打印成形工艺,并成功打印出316L材料的主泵试验用缩比叶轮。结果表明,利用金属3D打印技术制造的叶轮,其产品质量及力学性能指标满足试验用叶轮的设计要求,有效缩短了制造周期。     

3D打印技术在图学模型中的应用研究

利用光固化3D打印技术成型出各种几何体,将单元基本几何体模型表面磁化处理;利用磁学吸合特性可以直接实现几何体的组合连接功能要求,又保持了几何体表面的平面完整性要求,方便拆分,组装灵活,实现组合体不同形体形式的变换.但同时,光固化3D打印技术在组合模型的制作中也存在新的问题,例如打印出的模型出现变形以及去支撑后表面会留下痕迹等.通过工艺探究,为解决这两个问题提供了一些思路,提高了利用3D打印技术制作图学模型的质量.     

基于Marlin固件的膏状体3D打印研究

阐述了3D打印技术工艺概念,在对丝状耗材打印技术的研究基础上,提出了膏状体打印的设想,设计出采用针筒打印膏状体的三维数字模型,通过研究计算出丝状耗材挤出与膏状体耗材在针筒中的挤出体积比,在开源固件Marlin上进行了关键参数的设置,并通过Repetier进行切片参数设置,最后通过实际打印验证了挤出量的计算正确性和装置实用性,实践证明,开源固件Marlin可实现膏状体打印,具有较好的实践应用价值.     

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...