柱坐标式FDM 3D打印机的研制

针对基于笛卡儿坐标系的熔融沉积成型(fused deposition molding,FDM)3D打印机打印旋转体精度低,且速度慢等问题,设计开发了一种基于柱坐标系的FDM 3D打印机.其成型原理和机械结构都借鉴了传统的FDM 3D打印机,并在此基础上将基于笛卡儿坐标系的运动方式改为基于柱坐标系的运动方式.相较于传统FDM 3D打印机,在使用相同的硬件(包括电机、喷头、打印丝材)配置情况下,该设备打印旋转体模型时可以实现更高的打印精度,在某些情况下可以实现更快的打印速度.     

巧克力3D打印机的机械结构设计

针对当前巧克力3D打印机连续送料难、打印精度低等问题,对现有的各类巧克力3D打印技术进行研究,改善了巧克力3D打印机的机械结构,设计出一款具有连续供料装置的高精度巧克力3D打印机.打印机采用笛卡尔坐标系控制打印喷头的运动,以提高打印精度.此外,采用旋转螺杆代替传统活塞进行送料以保证打印的连续性,并在供料箱和打印喷嘴处设置加热装置用以控制巧克力温度.     

生物3D打印装置及打印模型形貌检测

为了能够实时观测生物3D打印全过程,并对打印模型的形貌进行检测及重建,设计集成式生物3D打印机检测系统. 通过开发具备视频监测功能的打印喷头,实现对打印模型的在线检测. 采用色散共焦位移测量技术,通过对打印模型X、Y轴的位置信息及Z轴的高度信息进行扫描得到测量数据,并结合MountainsMap实现打印模型的形貌重建. 使用LabVIEW完成上位机操作系统的设计,建立G-code与打印模型的映射关系,实现打印轨迹的可视化,确保在程序运行到当前代码段时打印模型的准确性. 通过实验验证生物3D打印机的在线检测功能,对网格状及凸台模型的表面进行形貌检测,结果表明检测系统能够实现对打印模型的形貌检测. 打印模型表面形貌特征的可视化数据为构建精准打印模型提供数据支持,计算机视觉技术为高精度生物3D打印提供有效的检测手段.     

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。     

基于模糊算法3D打印喷头PID温度控制

目前,3D打印机采用常规PID温度控制的方式普遍存在打印机喷头实时温度变化过大的问题,经常使得打印机喷头发生堵塞、材料流出量及形态的不同等现象,导致打印效果不理想.为解决上述问题,本文研究设计了模糊PID控制系统控制喷嘴温度.系统温控由6 mm×20 mm的加热管、铝块、热敏电阻组成,加热管功率是40 W,采用PLC塑料丝为原材料,同时将传统型控制中的比例、积分、微分3个参数模糊化.仿真结果表明:模糊PID算法控制温度稳定的效果提高近5倍,且系统达到稳态所用时间更短,从而在3D打印机喷头系统中能进一步改善打印用料输出的平滑度,提高打印精度,得到令人满意的打印效果.     

新材料与新工艺

3D打印新方法可节省70%材料中国科学技术大学数学科学学院国家数学与交叉科学中心(合肥)图形与几何计算实验室在3D打印领域取得重要研究进展,成功实现了"经济节约型"3D打印的结构优化设计与验证。与实心打印相比,采用该3D打印新方法可节省约70%的材料并缩短制造时间。随着3D打印机及其相关技术的发展,3D打印技术逐渐在工业制造、医学工程、原型验证、个性化定制等领域获得了应用。由于原材料和工作原理的限制,3D打印技术目前存在原材料昂贵、机械寿命短、加工速度慢等缺     

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.     

基于FDM-3D打印机喷头系统温度场分析与优化设计

FDM-3D打印机在打印成型过程中由于受结构设计与冷却方式等因素的影响,其喷头系统容易出现温度场分布不均,导致热塑性材料因熔融状态的不同而堵住喷嘴,从而影响3D打印机的正常使用。本研究利用ANSYS软件的有限元分析和流体动力学分析方法对FDM-3D打印机喷头系统的喉管、散热片、加热块以及喷嘴的结构设计与温度场分布进行仿真分析,并提出喷头系统关键机构的优化设计方案。结果表明：当喉管采用不锈钢材料时能有效降低喉管温度;散热片能大幅度降低喉管的温度,未加散热片时温度为204.58℃,加入后温度为114.65℃,降幅达89.93℃;风道设计对喉管的温度控制效果比未加风道时下降12.968℃,从而提高FDM-3D打印机的打印连续性、可靠性、打印效率以及打印质量。     

S形曲线算法在FDM3D打印机中的应用

目前,采用梯形加减速算法的FDM3D打印机控制系统中存在电机加速度突变的问题,容易导致步进电机在运行过程中产生失步或过冲.针对此问题,提出了采用S形曲线加减速算法的FDM3D打印机控制系统.在加减速的过程中步进电机的加速度变化符合步进电机的动态特性,使其在加速过程的终点和减速过程的起点加速度均为零.结果表明:该系统不仅解决了步进电机加速度突变的问题,而且改善了整个系统的性能,进一步提高了FDM3D打印机的打印质量.     

日本东丽研发新型3D打印材料

正日本东丽株式会社开发出了一种专为基于粉末床熔融技术3D打印机设计的聚苯硫醚(PPS)粉末材料——Treadmill PPS,计划面向汽车、航空、航天、工业设备、医疗器械等领域推广应用。Treadmill PPS以东丽株式会社此前开发的高性能PPS产品——Torelina为基础,优化了聚合物设计,以粉末床熔融成形为目的,赋予其流动性及聚合物特性。此外,     

3D打印技术

正技术开发单位中国科学院福建物质结构研究所技术概述技术开发单位基于选区激光熔融(SLM)技术,开发出大尺寸、高精度的金属粉末3D打印设备,结合自主研发的金属粉末球化制粉技术和粉末处理工艺,成型件质量接近锻件水平;基于立体光固化成型(SLA)工艺开发出了系列光敏树脂快速成型3D打印设备,包括405 nm自下而上SLA 3D打印机、355 nm自上而下SLA 3D打印     

桌面级FDM高精度3D打印机的设计

FDM3D打印机以其成本优势一直受到各行业的欢迎,但是也由于其打印精度不高而带来诸多问题。本文设计出了一款以Core XY结构为打印行走平台的桌面级FDM3D打印机,该打印机打印空间利用率更高,行走平台结构更为轻巧,减去了X轴步进电机的质量,从而极大解决了打印过程中大惯性所带来的问题,面对细小部位打印能够更加精细,进而提升打印的成型精度。     

轮箍打印机水压控制系统的改造

根据轮箍打印机水控系统的工作原理,设计出一套高压水控制系统,对原系统进行了改造,提高了打印机的工作压力,并对打印机机架强度进行了校核,满足了生产需要。     

Delta结构3D打印机运动学研究

描述一种直线型Delta结构3D打印机的结构,对结构进行了一定等效简化。以该3D打印机机械本体为研究对象,对其运动学反解以及速度反解进行分析与研究,推导出运动学反解方程以及速度反解公式。     

梦想照进现实 看得见摸得着的

3D打印建筑模型由于建筑设计的日益复杂,传统的模型制作已经不能满足设计师的需求。在国外,快速成型技术已经成为建筑设计师不可缺失的工具。使用该技术可以获取现有建筑的真实三维模型,并以此为基础开发出更广泛的延伸应用,如改型设计、展示、数字化档案、修复、快速成型等。工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型,这种方法快速、成本低、环保,     

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.     

3D遥视系统中视频对象的鼠标点取方法

对3D遥视系统中基于3D鼠标的视频对象点取方法进行了研究.在3D遥视/遥控系统的基本框架中加入了基于3D鼠标的对象操控处理模块,并对包括立体视频对象的视差提取、3D鼠标的叠加显示、对象人工标注、3D对象的鼠标事件处理等关键技术环节在内的核心模块"鼠标操控"的实现原理进行了细致的分析和设计,最后通过实验验证了本方法的正确性.     

基于ARM9的次声采集与网络传输系统设计

为了解决次声网络的信号传输问题,开发了一种基于32位ARM系列的微处理器S3C2410X与串行A/ D转换器TLC2400,利用Linux操作系统内嵌的TCP/IP网络协议构成一个次声波采集与网络传输系统,并对系统的结构原理、主要外围接口和系统软件设计框架进行了详细说明.     

工作平台可翻转的3D打印机装置结构分析

为了解决当前3D打印制造过程中一些具有悬臂或者空腔结构又不允许添加内部支撑结构的打印件无法制造的问题,设计出一种工作平台可翻转的3D打印机,介绍了其结构组成以及工作原理;通过对系统模型进行运动学分析,得到工作平台机构运动学正解与逆解,为结构的速度分析和运动控制等研究提供了基础。利用ANSYS仿真软件对系统建立仿真模型,得到工作平台结构和喷头结构的应力与模态分析,验证了设计方案的可行性。实现了工作平台可翻转的可能性,完成无支撑结构的曲面结构打印。     

全分辨率的低串扰时分复用狭缝光栅3D显示

提出了一种基于后置视差光栅的3D自由立体显示结构设计,用于减少显示中产生的串扰并实现全分辨率3D图像的显示。这种显示结构包含了一个后置视差光栅和一个2D显示面板。后置视差光栅由OLED面板光源制成,可方便地通过开关指定位置的像素,实现光栅透光部分的宽度与位置的调节。2D显示面板中的合成图像受到后置视差光栅的调制,显示出3D图像。叙述了这种设计的原理和相关参数的计算。根据设计的原理和相关参数,开发了一个显示结构的原型。实验指出通过改变光栅透光部分的宽度和位置,可有效降低串扰的产生。时分复用技术的引入也可用于实现全分辨率的3D图像显示。