与时俱进的3D打印及3D打印冬奥会产品

市场需求决定了生产和加工导向,随着社会的发展和生活需求质量的提高,3D打印技术也不断革新。3D打印融合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术,涌现出的3D打印产品(尤其北京冬奥会产品)更具温度和情怀,体现了智能科技与人文艺术的完美融合。本文综述了CAD、CAM、STL、光聚合3D打印、热敏3D打印等3D打印科技前沿技术,介绍了北京冬奥会中的3D打印产品:奥运火炬、“雪花”饰物、雪车头盔、速滑冰鞋以及滑雪机器人等。     

悬臂式3D打印机器人运动分析与打印实验

针对目前3D打印装置结构单一和打印空间小的的缺点,研制了一台悬臂式3D打印机器人.运用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立连杆坐标系,根据齐次坐标变换,建立机器人正运动学方程,采用代数法进行逆运动学求解,通过控制各关节变量,驱动打印头在3D打印平台上按照指定轨迹实现3D打印功能,并在悬臂式3D打印机器人实验平台上进行了零件打印实验,结果表明:所设计的悬臂式3D打印机器人能够准确、有效的按照规划路径执行相应轨迹运动,表面无翘曲和变形产生,打印零件质量和精度较高.     

基于直写式硅胶3D打印柔性材料工艺参数研究

针对目前柔性器件制备工艺繁琐，柔性材料在沉积过程中流动性难以控制等不足，提出了利用直写式硅胶3D打印技术制备柔性器件。利用自主设计构建的直写式硅胶3D打印系统，在基板直接沉积高黏度硅胶，研究喷嘴距基板高度、喷嘴沉积移动速度、层高等工艺参数对硅线线宽、硅线形态的影响规律。结果表明：当打印的工艺参数为喷嘴距基板高度为0.1 mm，喷嘴沉积移动速度为15 mm/s，层高为0.32 mm时，打印器件的结构稳定性能最佳。     

基于斜面结构产品FDM式3D打印方法的研究及应用

对于大尺寸的铸件模具,3D打印时通用的挤出丝线宽度在2～20mm,成型后为了确保表面的尺寸、粗糙度等精度,需要进行精加工。而在精加工的过程中,经常会发现在产品耐受工作范围内有孔洞,特别是对于带有斜面结构的产品,从而影响了产品的使用强度,造成产品报废或者需要返工处理。提供了一种用于打印带有斜面结构产品的FDM式3D打印方法~([1]),通过设定斜面结构的表皮层和延伸量,来增加斜面结构的实体区域,从而实现斜面区域的实体打印,避免了斜面上孔洞的出现,保障了产品的工作强度~([2])。此种方法,通过设定产品表皮层的实体打印区域,保证了产品的整体质量,且通过设定表皮层的厚度和延伸量的大小,实现了产品每层切片上表皮层打印区域二维数据的确定,从而为打印提供了基准。避免了FDM打印过程中表皮塌陷,提升了斜面成型质量,缩短了表面成型时间。同时由于表面的实体打印,避免了由于斜面角度过大,在精加工时出现的表面孔洞缺陷。     

3D打印技术研究概况

3D打印技术由于加工速度快、材料利用率高、成型件形状不受限制等优点被誉为"第三次工业革命"的核心技术、制造业的主导方向,近年来成为加工制造业的研究热点。文章重点介绍了光固化成形技术、熔融沉积技术、选择性激光烧结技术、选择性激光熔化技术、电子束熔化技术、分层实体制造技术等3D打印技术的研究现状,分析对比了不同技术的优缺点,展望了3D打印技术发展前景。     

基于Deform-3D十字轴径向挤压工艺的研究

本文利用Deform-3D软件对20Cr钢进行径向挤压生产十字轴,通过改变坯料成形的影响因素:挤压速度、摩擦因数、温度等来分析成形后坯料的应力场、应变场、损伤及最大主应力的分布规律。结果表明:挤压速度为2m/s时,生产的挤压件性能更稳定。随着摩擦系数的增加,摩擦系数为0.7时其不变形区的应力应变明显增大,变形区的损伤值明显增大,性能变差。随着温度的升高,其等效应力、应变、最大主应力均明显降低,而损伤值增大。为了保证产品质量,更适合选用温挤压500℃时。该工艺为实际径向挤压工艺过程提供精确的数据以供参考,从而改良工艺过程,为制作高性能的十字轴做铺垫。     

基于3D打印的晶体结构仿真与模拟研究

为了激发大学生学习材料科学与工程专业的热情,掌握固态金属及合金的基本晶体结构,巩固材料学科研究的基础以及材料学科教学大纲中的重点,鼓励学生掌握计算机模拟做图技术,进一步理解三维晶体结构这一难点。借助3Dmax打印技术对三维晶体结构进行仿真模拟,利用3D打印机打印成型,打印14种布拉菲晶格的晶体结构,这不仅可以让学生了解金属晶体结构的多样性,而且让学生掌握了这些复杂性、抽象性和逻辑性等特点的知识,提高学生空间想象能力,以及结合计算机进行构思、设计和解决实际问题的能力。同时,这种创新型的三维教学模式提高了学生的创新思维能力、提高教师的授课质量。     

基于FDM的3D打印参数优化实验研究

以熔融沉积制造技术中常用的基体材料PLA作为对象,通过3D打印实验,对打印过程中的因素参数进行优化实验研究。利用单因素实验法和正交实验法,以打印时间和打印尺寸误差为实验指标,选取层厚、打印速度和喷嘴温度三个主要因素展开实验。实验结果表明,层厚为0.3mm,打印速度为20mm/s,喷嘴温度为200℃时,可以在保证打印质量的情况下获得最短打印时间。对打印效率影响程度由大到小依次是层厚,打印速度,喷嘴温度,并进一步通过实验验证。     

基于3D打印的叶轮快速熔模铸造工艺研究

传统熔模铸造蜡模制备费时长、成本高,不适用于复杂零件的生产,而采用基于3D打印技术的蜡模成型技术可有效解决此问题。采用JMatPro软件计算叶轮材料的基本属性。选用ProCAST软件分析不同类型浇注系统的成形效果。根据数值模拟结果优化了浇注系统。     

金属3D打印技术的研究

3D打印或增材制造是一种采用逐层材料堆积的方式直接从数字模型制造零件的新方法,被誉为"第三次工业革命"的核心技术。这种无模具的制造方法可以在短时间内生产出高精度、完全致密的金属零件。3D打印具有零件设计自由、零件复杂性、轻量化、零件整合和功能设计等特点,故金属3D打印在航空航天、石油天然气、海洋、汽车、模具制造和医疗领域中的应用受到特别的关注。首先简要介绍了金属3D打印技术的基本原理、特点及分类,然后重点介绍了几种金属3D打印技术——选择性激光烧结技术(SLS)、选择性激光熔化成形技术(SLM)、直接金属激光烧结技术(DMLS)、电子束熔化成形技术(EBM)和激光工程化净成形技术(LENS),包括技术的基本原理、优缺点及其具体应用领域。最后对金属3D打印技术的优势、目前面临的主要问题及未来发展趋势进行了总结与展望。     

基于Geomagic逆向建模的3D打印技术研究

阐述了逆向工程和3D打印技术在产品设计中的应用,采用三维扫描仪获取实物原型的三维数据,利用Geomagic软件完成模型重构,最后在3D打印机上实现对零件的快速成型,指出逆向工程技术与3D打印技术相结合为新产品的设计与创新提供了广阔的平台,缩短产品开发周期,降低试制成本,极大地提高企业竞争力。     

基于砂型3D打印泵体的铸造工艺研究

以泵体为研究对象,就数值模拟和砂型3D打印技术在砂型铸造中的应用进行了研究,利用Anycasting软件比较了泵体铸件侧注式、顶注式和底注式浇注方案,并确定侧注式浇注系统为最佳选择。采用3D打印技术对泵体砂型进行了制作,采用砂型铸造工艺制备出了合格铸件。结果表明,数值模拟结合砂型3D打印技术在铸造中的应用,可有效缩短零件开发周期,降低生产成本,大大提高了生产效率。     

基于3D打印的熔模铸造工艺设计

设计了一种3D打印结合传统熔模铸造的新型铸造工艺,主要探究了3D打印工艺中内模材料的选取、内模打印的底部/顶部厚度与填充密度最优化,以及型壳干燥的最佳温度的选取,且通过实践成功地铸造出复杂薄壁铸件。从宏观、微观观察了铸件缺陷,系统地分析了缺陷产生的原因,并提出了基于浇注系统设计、浇注系统模拟、3D打印模型表面预处理的解决方案。验证了基于3D打印的熔模铸造工艺的可行性。     

基于3D打印技术的模具制造

本文以某限位块模具型芯为例,利用生产浪费最小、能量消耗最低、污染排放最小的3D打印技术理念生产制造,打破了传统的模具设计与制造方法,从而可以实现绿色模具和快速模具制造。     

一种悬臂式3D打印机器人的路径规划研究

针对目前3D打印装置结构单一和打印空间小的的缺点,研制了一台悬臂式3D打印机器人。运用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立连杆坐标系,根据齐次坐标变换,建立机器人正运动学方程,求取机器人末端打印喷头相对于世界坐标系的位姿。采用代数法进行逆运动学求解,通过控制各关节变量,实现3D打印机器人各轴联动,驱动打印头在3D打印平台上按照指定轨迹实现3D打印功能。该3D打印机器人具有多角度多工位打印的特点,并能够在工作现场打印零件。对3D打印的路径进行规划,提出了一种基于蚁群算法和改进的近邻法进行轮廓路径规划的方法,并运用该方法在悬臂式3D打印机器人实验平台上进行了零件打印实验。与传统的zigzag法和repetier-host法比较,单层的轮廓路径长度分别缩短了19.5%和14.7%,打印时间缩短了12.6%和8.8%,结果表明,该路径规划方法的打印效率更好。     

金属3D打印成形工艺研究

采用数值计算与实验分析相结合的方法,深入研究了单颗金属熔滴的沉积、铺展变化,验证了当前模型的正确性。通过对单颗金属熔滴沉积行为的研究,建立了单道横向/多层及三维实体零件搭接成形数值计算模型,探索了金属熔滴在小空间、大温度梯度环境下沉积成形中熔体流动、铺展、凝固成形机理,揭示了典型特征截面上搭接成形时,熔滴沉积中的主要特征因素与成形形貌、内部质量之间的影响规律,获得了最优的工艺窗口,为后续电力金具金属件的熔滴液流沉积成形提供了技术支持和参考依据。     

3D打印砂型性能各向异性研究

介绍了3D打印砂型性能的各向异性,研究了经喷墨3D打印成型的砂型X、Y、Z 3个方向性能的差异大小和影响因素:首先,将用于测试的砂型试块用喷墨3D打印机打印成型,测试试块拉伸性能,确定试块X、Y、Z 3个方向性能差异大小;其次,更改喷墨打印参数,验证各项参数对X、Y、Z 3个方向性能影响的大小;最后,确定喷墨打印砂型X、Y、Z 3个方向性能差异的具体数值并得出降低X、Y、Z 3个方向性能差异的方法。得出结论:通过调整各向打印参数寻找合适匹配关系,可有效降低砂型各向性能之间的差异,提高砂型的综合性能,以满足实际生产的需求。     

基于3D打印技术的铸造起重机车架轻量化研究

铸造起重机,是依靠沿厂房轨道方向的纵向移动、小车的横向移动和吊钩的升降运动来进行搬运工作的机器。其中小车架作为起重机的主要部件之一,约占起重机总重量的16%,起着主要的承载作用,因此设计出合理的小车架结构对起重机整体的安全性、经济性有很重要的意义。以10 t铸造起重机车架为研究对象,设计以3D打印技术为主要加工方法的新型车架。首先,以车架钢板为坐标平面建立坐标系,并根据车架上减速器座,电机座,定滑轮等放置的位置为坐标点输入坐标系,确定切割的位置、尺寸,结合ANSYS有限元分析软件,通过分析车架整体结构的应力及变形情况,对车架进行局部优化。结果表明:以3D打印技术进行切割设计的起重机车架与原起重机车架强度相仿,重量减少169 kg,减重部分占改进前车架重量的17.4%。     

高校基于3D打印技术的模具课程教学策略研究

阐述了高校3D打印技术应用于模具课程的教学现状,深入分析教学过程中存在的具体问题,结合实践教学经验,提出具体的策略与方法,将3D打印技术应用于模具课程教学中,可以产生更直观的视觉效果,能促使模具课程获取更良好的教学成效,为高校3D打印技术的模具课程教学提供参考。