高性能电加热玻璃3D打印与微转印复合制造工艺

为了解决透明电加热玻璃制造技术难以兼顾电加热玻璃加热线的透光率、导电性以及附着力的问题,开发了一种可低成本、批量化实现高性能电加热玻璃制造的复合工艺。该工艺采用电场驱动熔融喷射沉积(Electric-field-driven Fusion Deposition,EFD)3D打印和UV辅助微转印复合制造透明电加热玻璃。根据复合制造工艺原理,选择及配制了EFD 3D打印、UV辅助微转印介质以及加热线材料。通过具体实验揭示了主要工艺参数对制造透明电加热玻璃加热线结构参数的影响以及规律,并确定了复合制造工艺的最佳工艺窗口。依据最优工艺参数实现了有效图案化面积为60mm×70mm,线宽为15μm,高宽比为0.7,周期为1 000μm,透光率为88%,方阻为0.5Ω/sq,附着力为4B级,加热线为线栅结构的透明电加热玻璃制造。实验结果表明:利用EFD 3D打印和UV辅助微转印复合工艺制造的透明电加热玻璃具有透光率高、方阻低及附着力高等优势。该复合工艺为实现低成本、高性能的电加热玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。     

SLM钛合金3D打印件铣削加工参数优化分析

针对SLM钛合金3D打印件表面质量无法满足装配精度要求,仍需进行二次加工的需求,设计正交试验方案,建立表面粗糙度的预测模型并进行铣削参数优化分析,为SLM钛合金3D打印件铣削加工的切削参数选择提供依据。首先,对实验数据进行多元线性回归,建立适用于SLM钛合金件的铣削加工表面粗糙度数学预测模型,给出了切削速度、每齿进给量、轴向切深及径向切深与表面粗糙度的量化关系;建立以加工效率和表面粗糙度为优化目标的多目标切削参数优化模型,使用Pareto最优解集理论进行多目标切削参数优化,优化结果表明在切削速度130 m/min,每齿进给量0.01 mm/齿,轴向切深0.40 mm时可以得到较好的加工表面粗糙度及较高的加工效率。     

基于遗传算法的航空叶片铣削加工工艺参数优化

为了提高叶片加工效率和降低加工变形量,利用正交试验法确定了若干组工艺参数方案并完成CAM和CAE仿真试验,建立了加工效率和变形量的模型。为得到更好的加工效率和更优的变形量,采用遗传算法完成对铣削工艺参数的优化计算,对最优工艺参数解集进行二次试验和优化,最终获得满足更高加工效率和更优变形量的最佳工艺参数组合。结果表明:当每齿进给量0.05mm,刀具转速2860r/min,铣削宽度0.5mm,铣削深度0.1mm时,工艺参数最优。     

金刚石复合片ELID精密磨削工艺及机理研究

针对金刚石复合片的超精密加工难题,基于正交试验法优化金刚石复合片ELID精密磨削参数组合,采用极差分析得到了各因素对加工质量的影响程度大小,并以此为基础进行了工艺实验。根据金刚石复合片磨削加工后的SEM电镜扫描图,对其表面磨削机理及加工表面典型缺陷进行了分析。研究表明,金刚石复合片的ELID精密磨削最优参数为磨削深度为0.3μm、主轴转速1500r/min、占空比40%、工件移动速度为0.25mm/s、电解电压25V、电极间隙1mm。采用优化后的参数组合进行磨削加工,获得了粗糙度为0.019μm的加工表面。     

聚醚醚酮熔融沉积成形强度工艺参数的优化

为了提高聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)熔融沉积成形(Fused deposition modeling,FDM)强度,利用正交试验方法研究了FDM打印工艺参数与力学性能之间关系。对喷嘴温度、打印速度和填充角度等影响因素下PEEK样件的力学性能进行对比分析,研究现有条件下最优打印参数,提高成形质量。结果表明各个工艺参数对试验结果的影响程度不相同,影响最为明显的是喷嘴温度,其次是填充方式,打印速度对试验结果的影响较小。最佳工艺参数组合为:喷嘴温度420℃,打印速度10mm·s~(-1),填充方式0°。改善工艺参数后可提高PEEK成形件的强度,制造出的个性化假体的力学性能能够满足临床使用的要求。一例PEEK假体已经成功应用于临床,为其在临床上的广泛应用奠定基础。     

面向软体机器人的嵌入式3D打印聚二甲基硅氧烷材料实验研究

基于自主搭建的嵌入式直接喷墨打印（DIW）式3D打印系统,对聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料在水凝胶中进行打印,实现了软体机器人复杂内部结构的嵌入式3D打印。对PDMS材料性能进行了详细分析,并对打印过程进行了模拟仿真,从而确定了工艺参数组合;开展了固化拉伸对比实验、单丝圆线打印实验以及圆管打印实验,确定了最优打印参数组合;最后使用所确定的最优参数组合,打印出复杂仿生结构、柔性单向阀和软体抓手并进行相关实验,验证了采用嵌入式3D打印PDMS的方式制造复杂结构软体机器人的可行性。     

增材制造和切削混合加工机床

随着近年来航空航天、汽车和模具工业的技术进步,零件的结构和形状越来越复杂,材料越来越难加工,因此传统的金属切削加工方法受到严峻的挑战。提出了混合加工的定义和类型,并对三种新一代的增材制造和切削加工混合工艺和机床:激光烧结3D打印和铣削混合加工、激光堆焊3D打印和铣削混合加工以及超声3D打印与铣削混合加工的原理和应用案例进行了详细的阐述。     

基于难加工材料数控加工切削参数优化的研究

针对难加工金属材料数控加工的特点,采用工艺试验方法,采集试验数据,通过回归分析,得到不同铣削参数对铣削力、刀具寿命的影响规律的数学模型,以材料去除率、铣削力及加工成本为优化目标,建立工艺参数多目标优化模型,通过工艺参数优化,为工艺人员推荐优化的铣削参数。     

淬硬模具钢铣削力的有限元模型分析

针对汽车覆盖件模具制造中常用的典型高硬度、高强度、高耐磨性的淬硬钢材料Cr12Mo V,建立了基于Third Wave Advant Edge的2D有限元模型。基于正交模拟设计,运用极差分析与方差分析方法,研究了各铣削参数对于铣削力的影响规律。结果表明:各铣削参数对F_x、F_y的影响顺序主次一致,即轴向切深最大,每齿进给量次之,径向切宽与切削速度的影响最小。采用MATLAB软件建立了铣削力的预测模型并得出结论:在所选参数范围内,该模型能够有效预测高速铣削Cr12Mo V材料时的铣削力。从减小铣削力和提高铣削加工稳定性的角度出发,在所选参数范围内给出了高速铣削Cr12Mo V材料时的最优切削参数组合为v_c=201m/min、f_z=0.1mm、a_p=0.1mm、a_e=0.5mm。     

面向软体机器人的3D打印硅胶软材料实验研究

基于自主搭建的直接喷墨打印式打印平台,以DC737硅胶为打印材料,分析了挤出系统的力学模型,以确定工艺参数的类型;采用单因素试验确定了适合打印的层厚、打印速度和驱动压力的参数范围;采用正交试验研究了各工艺参数对打印时间、尺寸误差的影响规律,并成功应用到软体机器人的本体打印上。研究结果表明：在一定范围内,打印速度对打印时间的影响最为显著,而对尺寸误差影响最大的是驱动压力,最优工艺参数为层厚0.4 mm、打印速度15 mm/s、驱动压力124 110 Pa(18 psi)。使用最优参数组合打印出了软体毛毛虫,并进行了动态性能实验,验证了高效、高精度3D打印软体机器人的可行性。     

基于FDM成型工艺的3D打印机的创新设计

3D打印是一种增加型制造，通过数字建模等方式获取扫描数据，基于数据将打印产品分割成截面，将这些截面逐层堆积成型。FDM工艺生产简单，操作安全，基本无污染，可打印材料种类多，且成型速度较快，精度较好，制造成本较低，因此FDM是3D打印成型技术中普及率最高的。为提高其打印质量与精度，对打印装置整机设计及其工艺参数的影响进行研究，主要根据市场上现有FDM成型工艺的3D打印机的机型与结构提出整体设计，完成装机后对创新设计的3D打印机采用正交实验进行工艺参数测试，得出该设计的最优工艺参数组合。     

一种增材与减材复合制造机研究

为了综合增材制造与减材加工的优点,研制了一台熔融增材制造与铣削减材复合加工机,采用龙门结构,总体尺寸为700 mm×640 mm×780 mm。该机床有3个直线轴和一个回转轴,控制系统采用MACH3控制系统。机床结构采用有限元软件Abaqus进行了优化和分析,并制造了样机。针对PEEK材料脊柱融合器,在该样机上进行了增材与减材制造,验证了所研发机床的性能以及该复合制造机床在医疗PEEK材料增减材制造的潜力。     

金属3D打印技术在海洋零部件的应用研究

为了优化金属3D打印成形工艺,建立工艺数据库,运用德国EOS M290金属3D打印设备,采用SLM技术,进行某海洋仪器设备中涡轮的打印工艺优化试验和不同零部件对激光填充线距离参数的选择试验.研究结果表明,涡轮45°倒角时打印出现翘曲变形,涡轮直角时打印效果良好,可用直角打印后进行车削加工方式进行倒角;随着激光填充线距离增大,打印件的质量下降,打印时间缩短.文章旨在优化模型打印方式、填充线的距离等参数,寻求最优打印质量,为海洋零部件的减重、高效打印提供一定的借鉴意义.     

钛合金型腔圆角高速铣削特征研究

钛合金型腔圆角加工容易发生切削负载增大和颤振等现象,导致圆角表面质量较差,难以实现钛合金高效加工。通过钛合金型腔圆角铣削试验,基于铣削力和圆角表面质量检测,分析内圆角铣削特征和原理,并优化铣削参数。试验表明:采用小切削宽度的高速加工,可实现钛合金内圆角的高效加工;在Vc=90m/min,ft=0.06mm/t,ap=20mm,ae=1mm切削参数组合下,切削力相对较小,加工效率高,切削表面质量高。     

挤出沉积成型工艺参数优化研究

通过挤出沉积成型试验,对骨组织工程支架的成型工艺参数进行研究,以提高同轴骨支架组织工程的成型质量和力学性能。方法:首先采用田口法和方差分析法对打印参数进行了优选,其次分析了工艺参数对成型质量和力学性能的显著性影响,最后通过优选的工艺参数对实验结果进行了预测和分析。结果:结果显示,挤出沉积成型最优参数组合为喷头内外芯直径0.6 mm/1.5 mm,层高1.5 mm,打印速度30 mm/h,内芯材料配比1∶1.5;对骨支架特性影响的显著性由强到弱依次为层高、打印速度、内芯喷头直径和内芯材料配比。结论:验证实验结果表明,成型质量和力学性能实验值的信噪比与预估信噪比非常接近,说明挤出沉积成型工艺参数的优化对骨组织工程支架的成型质量和力学性能的提高是十分有效的。     

3D刻录电涡流传感器特性研究

针对传统的工艺加工敏感元件周期长、零件间摩擦阻尼大的特性,提出基于3D刻录技术电涡流传感器的改良型敏感元件加工制备方法。设计工艺包括了敏感元件的模型建立,参数调整和实测效果验证等。实验结果表明,3D刻录涡流传感器线性范围为0～5 mm,非线性误差为0.7%,有更宽的线性范围和更好的响应灵敏度。与传统工艺制造的传感器相比,3D刻录涡流传感器具有更低的制造成本,打印模块重复利用率高,可以通过多次原型迭代来优化传感器性能。     

基于遗传算法的高速铣削工艺参数优化研究

在高速铣削加工中,考虑机床和工件加工的实际约束条件,为合理选择高速铣削工艺参数,建立了最大生产率和最低加工成本的优化目标数学模型。以铣削速度、进给量、铣削深度、铣削宽度为工艺参数的优化变量,提出了基于遗传算法的高速铣削工艺参数优化方法,为高速铣削加工提供了理论依据。     

PEEK材料的人工颅骨多点成型工艺参数优化

为了研究多点成型工艺对PEEK板的热压成型规律,提高PEEK板成型人工颅骨的质量,优化成型工艺参数.首先采用单向拉伸实验,构建了PEEK板的J-C本构模型,然后提出了多点成型工艺参数优化模型,为了对模型进行求解,采用ABAQUS软件建立人工颅骨多点成型三维有限元模型,采用不同温度和不同压力参数进行有限元数值模拟,通过对比不同工艺方案的优化目标函数结果发现:采用模具压力为30t,加热温度为250℃的模具工艺参数是最优工艺方案,此时表面形貌的误差为目标函数值最小为1.28mm.     

选区激光熔化制备金刚石/TC4复合材料的成型工艺及性能分析

针对金刚石/金属基复合材料在金属3D打印过程中致密化程度低的问题,采用了选区激光熔化技术成功制备金刚石/TC4复合材料,重点研究了金刚石/TC4复合材料的SLM打印工艺和性能。以提升金刚石/TC4复合材料致密度为目标,通过响应曲面分析法对SLM工艺参数进行优化和分析,初步建立了致密度数学模型,并通过模型预测参数组合优选值及最优致密度,对最优致密度成型件进行了抗弯强度测试,这对后续采用金属3D打印技术制备金刚石工具的有关研究具有重要的参考价值。     

基于响应曲面法的GH4169铣削参数优化及实验研究

机械加工的表面质量会极大地影响零部件的使用寿命。该文以降低镍基高温合金GH4169加工过程中的表面粗糙度为目标，对镍基高温合金GH4169的铣削参数进行优化。基于响应曲面法分析了铣削参数(转速、进给量、切削深度)对表面粗糙度的影响规律，建立了铣削参数与表面粗糙度之间的二次多项式模型并进行了验证，确定了降低表面粗糙度的最优工艺参数组合。研究结果表明，当A=928.34 r/min,B=243.35 mm/min,C=0.2 mm时，粗糙度可达到0.143μm。采用最优参数组合进行加工实验，并对铣削加工后的表面粗糙度进行测量，得出粗糙度实测值与模型预测值的相对误差为0.2%,可见所建立的模型是准确的。可满足某些航空航天高精度零部件表面质量特性，因此该模型对GH4169铣削加工具有指导意义。