基于挤出沉积技术的多喷头3D打印机研制

针对组织工程中多材质和梯度化生物制品的三维打印问题,对喷头温控功能、沉积工作台制冷功能、喷头切换方式、控制系统等方面进行了研究,提出了一种基于挤出沉积技术的多喷头生物3D打印机。使用半导体制冷片和聚酰亚胺加热膜对喷头进行了温控设计,设计了双向滚珠丝杆切换装置和外循环超低温沉积工作台结构,最后利用羧甲基纤维素钠水凝胶材料在研制完成的多喷头生物3D打印机上进行了多喷头打印测试。测试结果表明:多喷头生物3D打印机实现了多材料和梯度化复杂模型的多喷头三维打印,同时打印精度满足生物组织工程的需求,为实现高仿生三维结构的打印奠定了良好基础。     

基于MAM和PAM的多喷头3D打印系统

针对生物组织工程中多组分生物模型的三维打印问题,对电机挤出沉积式喷头、气动式微滴喷射式喷头、多材质模型路径规划及多喷头协调控制等方面进行了研究,提出了基于MAM和PAM的多喷头3D打印系统及多喷头协调控制方法,优化了PAM打印系统以提高系统打印精度,并改进了路径规划方法从而满足了多材质模型打印;最后利用多材质模型的打印实验对该系统的可行性进行了测试。研究结果表明:多喷头3D打印系统实现了多喷头之间的协调控制,实现了多材质复杂模型的打印;同时MAM和PAM喷头打印精度均满足了生物组织工程的需求,为实现高仿生结构的打印奠定了良好的基础。     

基于琼脂-明胶颗粒的海藻酸钠三维打印工艺研究

为了突破打印复杂结构的限制,确定支撑材料的合适配比,研究打印参数对挤出成型工艺的影响,将琼脂-明胶颗粒作为支撑材料,研究海藻酸钠三维打印工艺。介绍了琼脂-明胶颗粒支撑材料的制备方法,分析了不同气压、不同喷头移动速度及不同温度下的海藻酸钠三维打印效果。通过试验确认:琼脂浓度1.5%～3.5%、明胶浓度1%～2.5%是制备琼脂-明胶颗粒支撑材料的最佳配比范围;喷头移动速度4～10 mm/s、气压压力150 kPa～200 kPa、凝胶温度31～33℃是较为合适的海藻酸钠三维打印工艺参数范围。所研究的三维打印工艺为凝胶类材料的复杂形状三维打印提供了技术参考。     

基于柔性材料的双喷头3D打印技术研究

针对生物凝胶、硅橡胶等柔性材料复杂形状成型困难的问题,提出一种双喷头3D打印方法,实现模具和柔性材料的一体化成型。在深入研究FDM 3D打印原理的基础上,将FDM 3D打印机装置进行改装,设计了一套可以打印两种不同材料的双喷头3D打印装置。其中一个喷头打印PLA等工程塑料,用作支撑和模具;另一个喷头用来打印硅橡胶、生物凝胶等具有流动性和黏性的柔性材料。试验结果表明:该双喷头3D打印装置打印硅橡胶、生物凝胶等柔性材料,能够较好地完成模具和材料一体化成型的打印任务,为生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型工艺提供了有效的方法。     

三维打印机喷头的驱动系统

喷蜡打印喷头是三维打印机的核心部件。文中介绍了三维打印技术，分析了喷蜡打印喷头的结构、原理、驱动信号时序以及驱动电压波形对喷头喷射效果的影响，并在此基础上提出了喷头驱动系统的原理框图及实现方法。     

多喷头FDM 3D打印机的设计与研究

针对熔融挤压沉积技术的3D打印机喷头数量少、打印色彩单一问题,分析了多喷头3D打印机的整机设计方案,采用滚珠丝杠传动方式规划了打印机的多喷头结构,确保了打印机喷头间不发生干涉。通过研究各喷头坐标位置切换,设计了3D打印机多喷头的控制逻辑算法,实现了工作台在并行喷头间往复切换,并根据送入喷头的丝料颜色差异,利用计算机对其打印过程进行了仿真分析,得到了多色彩三维数据模型。     

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。     

Xaar-128喷头驱动硬件设计

对现代工业喷码机喷头控制模块进行设计,该控制模块以C8051F120单片机为CPU,控制喷头打印,与上位机串口通信,是喷码机的一个独立模块。该喷头控制模块的设计包括对硬件电路的搭建和编程,并通过软件控制界面验证喷头驱动功能,为喷码机喷头控制模块提出良好的思路。目前市场喷码机多采用整体式结构,维修成本高,开发性能低,为此文中使喷头控制模块与主板分离,既降低维修成本,又大幅提升主板的开发性,具有广阔的市场前景和发展潜力。     

三维打印机中XJ-128喷头驱动控制设计

简要介绍了所设计的打印机控制系统。重点研究了选用的Xaar128压电式喷头及其驱动信号时序关系,阐述了驱动信号实现模块图及具体流程。在此基础上利用LPM例化的双FIFO实现喷头数据暂存和位宽处理,并阐述了在三维打印中利用电机编码器位置脉冲来直接触发喷头喷射的优点。     

非可展开曲面多材喷射协同调控方法

针对非可展开曲面电子器件制造难度高、精度差的问题，提出了一种基于五轴联动的非可展开曲面多材喷墨打印方法，通过五轴运动机构带动双阵列喷头在非可展开曲面上喷射介质材料与导电材料，并经过多层堆叠后形成共形电子功能结构。首先，对非可展开曲面模型进行三角面片离散化和多项式曲面重构，并根据弓高误差进行小线段分割后生成打印数据；其次，针对传统定时触发导致加减速区间喷头触发点不均匀及墨水斜面流动的问题，依次提出了法向量打印方法及空间等距喷头触发方法，实现了多轴联动非可展开曲面法向量水平打印的同时，较定时喷射触发数量误差减小96.5%；然后，分析了多喷头切换及累积误差和对打印精度的影响机理，提出了残余长度补偿算法，实现了曲面多材料协同触发打印。最后，进行了曲面微带天线的多材打印实验。打印件测试结果表明，导线层的线宽和线间距平均绝对误差均能控制在7.2μm以内，为共形天线等电子装备的一体化成形制造提供基础。     

基于熔融沉积3D打印机的多色切换模组设计

传统熔融沉积工艺（FDM）3D打印机只能打印单色或双色模型,为了实现多色彩模型三维实体快速成型,对普通FDM双喷头3D打印机的机械结构以及控制逻辑进行深入研究,设计出了一款支持在任意双喷头3D打印机上安装的3D打印机多色切换模组。实际多色打印测试结果表明,基于该设计方案加工的多色切换模组可以精确、稳定地完成多色彩模型三维实体快速成型。实验表明打印温度为180℃,采用200 mm/s的打印速度时,产品打印质量较高为FDM多色3D打印提供了新的实现方法。     

三维打印技术及系统研究

三维打印技术是集机械、自动控制、计算机科学等为一体的先进制造技术。该文介绍了三维打印技术的发展现状及关键技术。在此基础上,以模块化设计思想对基于喷射黏接剂堆积成型的三维打印系统进行了研究,并对其喷头结构进行了分析。     

电喷印喷头位移参数对三维成型精度的影响

电喷印技术是一种新型的微结构成型技术,其由于具有成型精度高、制造成本低、设备结构简单、打印材料广泛等特点,备受业界关注。而基于液态成形的电喷印技术对于三维图形的打印方法,对其实际图形及打印质量难以直接观测,因而快速有效的控制打印三维图形的精度和质量面临重大挑战。本研究提出了一种通过合理设置打印线间距和层间距,以控制打印三维图形的精度和表面质量的有效控制方法。同时,建立了线间距、层间距等工艺参数与最佳成型质量的理论模型,以打印线横截面层高作为评价指标,通过实验探究了喷头逐线逐面打印移动距离对三维图形沉积形貌的影响。研究结果分析、揭示了电喷印技术中上述工艺参数对三维图形的影响及其规律,并进行了三维实体成形试验。基于接触角、喷射流量等因素对线间距和层高的影响的模拟仿真,为基于电喷印技术的三维成型工艺提供指导意义。     

微喷射粘结成形技术硬件控制系统

微喷射粘结技术是三维打印中的常见技术,该技术运行成本低,环境适应性强,发展应用前景广阔。结合商业化打印机的喷头及相应控制组件,研发一套基于STM32控制的微喷射粘结成形的控制系统。控制系统的主控板以ARM Cortex结构芯片STM32F103VBT6为控制核心,包括最小系统电路、串口通信电路、运动控制电路、编码器状态检测和反馈电路。运动模块分为打印步进模块、铺粉运动模块和升降台运动模块。该控制系统通过伺服电动机和步进电动机实现运动,通过编码器状态检测和反馈实现运动与打印的配合。该系统降低了开发难度,缩短了开发周期,降低了成本,可移植性强,性能稳定。     

彩色三维打印中VRML模型的可视化研究

三维打印(3DP)是快速成型技术的一种,基于微滴喷射原理通过喷头喷射粘接剂逐层粘接粉体材料成型。彩色三维打印能根据模型几何和颜色信息制作出彩色成型件,具有广泛的应用前景。由于VRML(Virtual Reality Modeling Language)文件具有数据冗余小、能保存模型颜色信息、适于网络传输等特点,文章采用VRML文件格式作为CAD和彩色三维打印设备间的数据接口。彩色三维打印中模型的读取和显示是切片、路径规划等后续开发的基础,在分析VRML文件格式的基础上,基于VC++和OpenGL平台实现了VRML模型的读取和可视化,建立了适于后续切片处理的数据拓扑结构并实现了模型分层方向的手动选择。在实验室开发的彩色三维打印系统中成功打印出了彩色模型。     

三维打印聚乳酸基石墨烯复合材料生物支架的工艺与性能研究

概述了生物支架的特征,通过试验分析了不同三维打印参数对聚乳酸基石墨烯复合材料生物支架的工艺与性能影响,确认在喷头直径0.2 mm、打印温度230℃、打印速度40 mm/s的条件下,所打印出的生物支架质量较为理想。     

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FDM3D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℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。     

ABS材料对讲机外壳设计与3D打印优化成型

3D打印又称三维打印、快速原型制造和增材制造,该项技术作为快速成型领域的一种新兴技术发展迅猛,但是在使用过程中也存在着设备打印材料单一、精度低、调整能力差等缺点,采用ANSYS软件中的APDL语言编写命令流,建立分析模型与运行路径,分析不同打印参数对3D打印过程中温度场的影响,计算喷头温度T1、成形室温度T2和打印速度V三个参数对温度分布、节点冷却-时间、温度梯度和冷却速率等影响,最终得到最佳打印参数为喷头温度T1=200℃、成形室温度T2=90℃、打印速度V=30mm/s。通过"有限元分析—验证—改进设备(如有需要)—打印对比—得出优化结果—生产、制造"这种思路与方法,可以推广到绝大部分塑料(如PP、PC、PEEK等)的打印中,并可以进一步推广到金属与合金的3D打印过程中去,能够有效的减少计算时间和验证频率,具有很高的应用与技术价值。     

基础参数对FDM工艺过程的影响

阐述了FDM工艺过程中,3D打印材料、喷头与底板距离、切片等基础参数对打印过程与产品质量的影响。解释了参数的含义,并对比分析了打印效果。提出根据具体的产品特点选择合理的参数设置,不但可以有效提高打印效率,而且可以更大程度的达到预期。     

FDM型3D打印机喷头温度场仿真

FDM型3D打印机通过熔融沉积的方式打印成型,打印过程中喷头部分的温度场受结构设计和冷却系统影响,在打印过程中易出现温度分布不均匀的现象,进而出现堵料问题,影响打印过程正常进行。利用CAE温度场仿真软件对FDM型3D打印机喷头三维模型进行温度场仿真,得出3D打印机喷头加热块、喷嘴以及喉管和散热铝块的温度场分布。根据温度场仿真结果,为喷头冷却系统的设计和优化提供理论依据,进而提高FDM型3D打印机的打印连续性、效率以及打印工件的表面质量。