聚苯乙烯/Al2O3纳米复合材料的选区激光烧结成形工艺研究

选区激光烧结法制备聚苯乙烯/A l2O3纳米复合材料的工艺实验表明,在其他激光烧结工艺参数一定,合理匹配激光功率和扫描速度的条件下,直接制备出了无翘曲变形、外形轮廓完好的聚苯乙烯/无机纳米块体复合材料,烧结块体密度最大达到了1.04 g/cm3,致密度大于95%。试样缺口冲击韧性最大达到了12.1 kJ/m2。     

选区激光烧结聚苯乙烯/Al2O3纳米复合材料研究

在采用选区激光烧结法成功地制备出纳米粒子较均匀分散于基体中的聚苯乙烯／Al2O3纳米块体复合材料的基础上,通过试验观察和微观结构分析,着重就激光功率和扫描速度两种关键参数对烧结成形性的影响进行了研究,同时对相同工艺条件下的纳米复合材料与纯聚苯乙烯烧结件的力学性能进行了比较。结果表明：纳米复合材料的缺口冲击强度提高了20％～50％,其最大值达到10．1kJ／m^2;而洛氏硬度值仅增加约5％。     

3D打印点阵相变冷板综合性能研究

3D打印技术为冷板的设计和生产提供了新的可能性。文中基于激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术设计了一种点阵填充内部腔体的相变冷板。为验证点阵相变冷板的储热性能和力学性能,首先通过数值仿真,研究了4种不同尺度、不同形式的点阵结构对储热性能的影响规律,并选出了最佳的点阵结构;然后采用SLM技术成形了试验件;最后通过升温试验,对比了不同热耗下点阵冷板与传统冷板的储热性能差异,通过随机振动试验和冲击试验,研究了点阵冷板的力学性能。结果表明：在不同形式的点阵结构中,4 mm十二边形点阵具有最好的储热性能;相比于传统冷板,点阵冷板可减重13.8%,灌注石蜡增加了12.2%;点阵冷板有更好的储热性能,总热耗为160 W时,升温至105.3℃,点阵冷板可延后6.8%。     

4D打印形状记忆聚合物的变形机制与响应方式研究

4D打印技术以3D打印技术为基础,是一种可变特性快速成型技术,能使通过增材制造得到的成型固件在外界激励下发生形状、结构或功能的改变。本文首先通过调研及查阅文献,对4D打印形状记忆聚合物的记忆原理及特性进行综述;其次对5类形状记忆材料进行分析,得出其变形机制;最后对这5类材料的响应方式进行研究和总结,给形状记忆材料的选用提供参考。     

4D打印技术在软体机器人制造中的应用综述

软体机器人由高软弹性、高韧性材料构成,可大范围改变自身形状以及运动形态,理论上拥有无限个自由度,由于自身可移动性和体积紧凑性,在侦察、勘探、救援以及生物医疗领域具有良好的应用前景.4D打印是基于3D打印的基础上增加时间维度,通过在打印过程中预编程,使智能材料可以通过外部刺激在设定时间内变成所需形状.采用4D打印技术设计...     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

石墨烯/柔性聚乳酸自传感复合材料结构3D打印与性能研究

为了深入研究石墨烯复合材料压阻特性,解决压阻复合材料定量传感问题,实现自传感结构变形监测,通过球磨混合工艺和单螺杆挤出工艺制备了石墨烯/柔性聚乳酸复合丝材,采用材料挤出成形3D打印作为石墨烯/柔性聚乳酸自传感复合材料的结构成型工艺,对导电高分子复合材料的压阻特性展开研究,探究了不同载荷条件对复合材料压阻特性的影响规律,...     

连续碳纤维复合材料3D打印的成型工艺研究

连续碳纤维复合材料3D打印的成型质量与成型性能受到三维成型过程中温度、速度、层高等多工艺条件及复合材料本身、打印喷头等多物理参数的影响,合理工艺参数的选择是高质量碳纤维三维成型的保证。针对碳纤维长纤复合材料连续性与各向异性的特点,研究了连续碳纤维3D打印的系统构成与工艺模型,分析了三维成型过程中不同工艺参数与成型结果间的影响关系,通过3D打印实验验证理论分析的正确性。研究为连续碳纤维复合材料3D打印合理工艺条件的选择提供了依据。     

支持4D打印的可控变形结构设计研究进展

4D打印是结合了3D打印技术和智能材料的一种智能结构增材制造技术。通过几何结构设计、智能材料分布设计,4D打印可以制备具有可调节形状、特性或功能的可控变形结构。可控变形结构通过外界的刺激,按设计好的特定方式发生形状、性能和功能的变化,从而使其满足不同领域的应用需求。对可控变形结构的二维结构设计方法和三维变形设计方法的技术研究进展进行综述,总结了支持4D打印的可控变形结构设计的突出成果以及创新性技术。结合4D打印的概念和支持4D打印的可控变形结构设计的研究现状,对其在机械、生物医学等领域的应用进行了展望。     

金属零件3D打印技术现状及研究进展*

简述了国内外的金属零件3D打印技术的研究现状及最新进展,包括选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)技术和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting, EBSM)技术,并针对作者实验室的工作方向——SLM直接制造,具体分析了金属零件3D打印技术研究热点和难点以及具体应用.     

聚乳酸/羟基磷灰石复合材料激光选区烧结工艺优化与性能研究

以生物可降解材料聚乳酸(PLA)和生物骨基质的主要无机成分羟基磷灰石(HA)为研究对象。为获得复合材料激光选区烧结(SLS)制件的最佳成形参数,首先对纯PLA的SLS工艺进行了优化,发现最优的激光能量密度范围为0.040～0.075 J/mm²,且制得的纯PLA试样的拉伸强度均超过23 MPa,最高可达27.28 MPa。为研究HA含量对PLA/HA复合材料微观结构与力学性能的影响,以激光能量密度为0.040 J/mm²(激光功率12 W,扫描速度1 500 mm/s)对不同HA含量的PLA/HA复合材料进行了成形。实验结果表明,当HA质量分数为10%时,PLA/HA复合材料的力学性能和微观形貌最优。水接触角测试显示材料的接触角从69.52°降至57.96°,表明材料的亲水性能得到了改善。     

纳米Al2O3/PS复合材料选区激光烧结成形域及力学性能

在前期研究确认激光功率P和扫描速度v对成形粉末NH1的选区激光烧结(Selective laser sintering,SLS)成形性具有显著性影响的基础上,重点研究P和v对NH1粉末的SLS成形性的影响,研究发现当P较小、v较快时,SLS烧结件结构不致密,强度较低;当P较高、v较慢时,SLS试件容易着火和翘曲变形;只有合理匹配P和v(即处在成形区内),才能直接制备出变形较小、密度较高的烧结件.同时对相同工艺条件下的Al2O3/PS纳米复合材料与纯聚苯乙烯SLS试件的缺口冲击吸收功进行比较,结果表明纳米复合材料的缺口冲击吸收功提高20%～50%,其最大值达到10.5 kJ/m2.利用场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)对NH1和纯PS(Polystyrene)粉SLS试件的断面进行微观结构分析,结果表明核壳式纳米Al2O3/PS复合粒子改善纳米氧化铝表面与聚苯乙烯极性的差异,纳米Al2O3在基体中分散性良好,且很好地起着增强增韧的效果.     

选择性激光烧结3D打印参数对成型精度影响研究

选择性激光烧结的成型过程中,零件的成型性能主要受激光功率、扫描速度、扫描间距与激光能量密度等多种因素的影响。采用实验方法研究了PS粉选择性激光烧结工艺,通过测量烧结件的尺寸精度,得出不同影响因素对烧结件成型精度影响的变化规律。通过实验结果发现,激光功率、扫描速度、扫描间距分别通过改变激光能量密度影响成型精度,并得到成型件精度与激光能量密度的变化规律,同时选出最佳的加工参数与加工方式,指导实际生产。     

3D打印连续纤维复合材料丝材的成形规律

针对3D打印连续纤维增强热塑性树脂复合材料,研究了热塑性树脂在螺杆挤出过程中的流动机理和在纤维界面的浸渍行为,揭示了螺杆转速和牵引速度对复合丝材成形直径和纤维含量的影响规律。提出使用实际浸渍时间和理论完全浸渍时间来共同表征树脂对纤维的浸渍程度,观察复合丝材断面的形貌可知,高浸渍程度的丝材内部空隙较少,树脂和纤维结合更紧密。进行3D打印成形测试,当丝材的浸渍程度从17.25%提高到40.02%,样件的拉伸强度可从132 MPa提高到160 MPa,提高约21%。对样件进行动态力学性能分析(DMA)测试,试验结果表明浸渍程度高的复合材料成形件具有高的存储模量和损耗模量,表明其纤维和基体间的界面结合程度得到了提高和改善。     

多金属3D打印的SLM设备工艺参数库试验研究

针对特定的金属3D打印机,加工不同金属均需反复实验,因此建立成形工艺参数数据库十分必要。以某国产金属打印设备为研究对象,以加工Al Si10Mg合金的工艺方法为例,采用正交试验方法和微观组织分析法验证其选择最佳工艺参数组合的正确性,最终通过多种金属的加工得到该设备的激光功率、扫描间距、扫描速度对打印不同金属的致密度、抗拉强度以及断后伸长率的影响的规律。结果显示选择激光功率时要充分考虑金属的熔点、易氧化、反光率等特性,扫描间距对成形不同金属的力学性能影响敏感度最大,为建立更多金属成形工艺数据库提供了参考。     

基于电场驱动熔融喷射聚合物基复合材料高分辨率3D打印

针对当前聚合物基复合材料(Polymer matrix composites,PMC)成型存在打印分辨率低、打印材料受限、成型结构较为简单、工序复杂等方面的不足和局限性,尤其是还面临难以实现宏/微结构跨尺度高效制造的挑战性难题,提出一种基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印新工艺。阐述了基于电场驱动熔融喷射PMC高分辨率3D打印的基本原理和工艺流程。通过试验,揭示了主要工艺参数(碳填料含量、施加电压、螺杆转速、打印速度、加热温度等)对于打印件分辨率(精度)和质量的影响及其规律。利用自主搭建的试验平台,并结合试验优化的工艺参数和提出的两种打印模式,实现了多层石墨烯/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)和多壁碳纳米管/PLA复合材料微尺度三维网格、多层石墨烯/PLA大高宽比薄壁圆环、多壁碳纳米管/PLA复合材料柔性导电网格以及其他聚合物复合材料3D结构典型工程案例的制造。研究结果表明,提出的电场驱动熔融喷射3D打印能实现高分辨聚合物基复合材料成型(使用内径300μm喷嘴,实现了分辨率为40μm的PMC特征结构制造),而且还具有大面积宏/微结构跨尺度集成制造的优势。     

机械臂3D打印技术及系统的试验研究

3D打印技术多以单材均质为基础,开展金属、塑料等零部件的快速成型制造。在此基础上,发展了激光近净成形、熔融挤出成型、选择性激光烧结(熔化)、立体光刻等3D打印工艺和装备。论文以流体挤出成型和激光烧结为基础,结合工业机械手6自由度的空间特性,初步搭建了机械臂3D打印系统;对该系统构成做出了简要介绍,分析了该系统的数据链与数据模型的坐标转换;对电气性能器件常用材料导线银、树脂基复合材料、硅酮橡胶、碳化硅陶瓷等的成型工艺进行了初步探索,为下一步制造出具备电气性能的功能结构化器件与进行曲面3D打印的研究打下基础。     

连续碳纤维增强聚乳酸复合材料3D打印及回收再利用机理与性能

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强的优异特性,但传统成型工艺具有成本高、过程复杂、难以回收的缺点限制了复合材料的广泛应用,介绍了一种新的连续纤维增强热塑性复合材料3D工艺(CFRTPCs)及其回收再利用策略,建立成型过程与界面性能、力学性能的内在联系,打印连续碳纤维增强聚乳酸(CF/PLA)样件抗弯强度与模量分别达到390MPa与30.8GPa,实现了复合材料低成本一体化快速制造,其回收再利用过程无污染,材料利用率为75%,二次打印样件抗弯强度提高25%左右,实现了复合材料高效高性能绿色回收再利用,二者结合形成一种全生命周期复合材料应用模式。