基于单元生死技术的微熔滴沉积成形温度场模拟与试验研究

采用有限单元法和单元生死技术,建立了气动按需熔滴沉积成形温度场计算模型,模拟了7075铝合金薄壁件微熔滴沉积过程温度场的演变规律.结果表明:薄壁件成形温度场随熔滴沉积位置的移动而呈现周向动态变化,不同位置熔滴单元节点的热循环曲线存在不同个数的温度峰值和谷值;随着沉积层高度的增加,1～10层相邻搭接层间熔滴的冷却速率降低,熔滴所在沉积层中的高温区域逐渐扩大,使零件在成形方向上呈现变化的温度梯度,并导致1～10层相邻层间熔滴结合处的晶粒尺寸发生变化.模拟结果与7075铝合金薄壁件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好反映了实际成形过程中零件的温度场变化规律.     

基于分布式结构的图书整理机器人系统设计

针对图书馆图书借阅、上下架和传送整理的智能化需求,设计、开发了一种基于分布式结构的图书整理机器人系统。该系统由循迹移动底盘、图书夹取机械臂和人机交互界面3部分组成。图书整理机器人系统采用PLC和单片机作为主控单元,利用超声波传感器和灰度循迹传感器作为障碍检测及巡线定位模块,采用XYZ三轴直角坐标运动平台和MG995舵机作为机械臂的三维运动机械臂的驱动装置。通过visu+开发的人机交互界面选取图书信息,可以在无人干预的情况下,实现机器人的巡线定位、超声波避障、自动取/还书籍和实时通信。经过原理样机的搭建和实际测试,验证了系统的可行性和正确性。该系统设计简单、节能环保、自动化执行效率高,能够降低图书馆员的劳动强度,适用于各类大、中、小型图书馆和阅览室,具有广阔的应用空间。     

铝合金微滴打印沉积制造中热应力3D动态仿真分析研究

翘曲、分层、开裂是7075铝合金微熔滴沉积制造过程中常见的缺陷,其原因主要是沉积制造过程中存在较大的温度梯度和热应力集中。为了探究热变形、翘曲和开裂的形成机理,采用有限单元法和单元生死技术,通过ＡＰＤＬ(ANSYS)编程,建立了气动按需熔滴沉积成形温度和热应力计算模型,分析了7075铝合金微熔滴逐点、逐层沉积三维制件过程中温度和热应力的动态演变规律。并使用7075铝合金微滴,在相同初始边界条件和工艺参数下进行了沉积试验,模拟结果与7075铝合金制件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好地反映了实际成形过程中零件的温度和热应力场变化规律,为减少或消除铝合金微熔滴沉积制造过程的缺陷提供了理论依据,从而促进了该技术在高熔点合金零件制备中的应用。     

铝合金微熔滴沉积成形过程中缺陷形成机理研究

针对铝合金微熔滴沉积成形过程中存在的缺陷问题,沉积制备了7075高强铝合金试样,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析测试手段对其内部缺陷形貌进行观察,进而研究不同类型缺陷的形成机理。结果表明:铝合金微熔滴沉积成形件内部缺陷主要有孔洞和裂纹。其中孔洞缺陷包括间隙孔洞和凝固收缩孔洞;裂纹包括熔合线裂纹和细微热裂纹,其形成与延展和成形件内部残余热应力集中效应、熔滴重熔效果以及晶粒生长状况等因素有关。在此基础上提出减少或消除各类缺陷的方法,从而促进了该技术在高熔点合金零件制备中的应用。     

气压驱动金属微熔滴可控喷射及沉积精度分析?

金属微滴按需喷射成形制造中,保证喷射系统按需产生均匀微滴和喷射沉积的位置精度是成形高质量金属零件的关键。采用试验研究的方法,分析喷嘴壁附着杂质对稳定喷射以及工艺参数对微滴均匀性的影响,并对喷射系统在可控喷射情况下按需产生的锡铅合金(Sn60%Pb40%)微滴尺寸分布进行分析;研究沉积高度变化对微滴沉积精度的影响。在上述研究基础上,通过选择合适的沉积高度,沉积制造一个6×6微滴阵列,并对微滴阵列的沉积精度进行分析。结果表明,所产生微滴的平均直径为321μm,尺寸标准偏差为2.897μm,约99%的颗粒分布在平均直径±2.8%附近区间内,分布较集中,均匀性较好;得到了发散距离随沉积高度增加而增大的变化趋势;成形的微滴阵列精度满足制造要求。为后续成形高质量微小金属零件提供必要的基础。     

3D打印柔性混合电子关键技术研究

柔性混合电子器件已广泛应用于生物医药、可穿戴设备、印刷射频天线、软体机器人等领域,具有广阔的应用前景。针对目前柔性混合电子制造精度低,且各工艺器件组合困难的问题,提出了一种3D打印的柔性混合电子方法。将PVC材料作为柔性衬底,采用液态金属直写技术完成导线的打印,电子元件通过真空吸附装置放置在预先设定好的位置,最后通过RTV硅胶完成封装。研究了不同工艺参数下液态金属直写打印线特性与RTV硅胶的封装特性,最后以柔性混合电子LED灯为例,利用最优打印方案实现柔性混合电子典型制造。     

激光-TIG复合填丝焊接工艺对6061铝合金焊缝组织与硬度的影响

采用激光-TIG复合热源填丝焊接5 mm厚T651态6061铝合金,研究电弧电流对复合填丝焊接焊缝成形的影响,分析了优化工艺参数下的焊缝显微组织及显微硬度特征,并与单独TIG填丝焊接进行综合对比。结果表明：采用激光-TIG复合热源填丝焊接T651态6061铝合金,能够有效改善焊缝成形,当TIG电弧电流为140 A时焊接过程稳定,焊缝成形效果良好;复合填丝焊接焊缝中心区域的显微组织为等轴晶,熔合区组织由大量枝状晶组成;复合填丝焊接显微硬度高于单独TIG填丝焊接,焊缝区均存在软化现象,在选择的测试点范围内,复合填丝焊接焊缝中心区域的平均硬度为66.91 HV,约为母材硬度的62.0%,比单独TIG填丝焊接提高约13.1%。     

基于单元生死技术的微熔滴沉积成形温度场模拟与试验研究

采用有限单元法和单元生死技术,建立了气动按需熔滴沉积成形温度场计算模型,模拟了7075铝合金薄壁件微熔滴沉积过程温度场的演变规律。结果表明:薄壁件成形温度场随熔滴沉积位置的移动而呈现周向动态变化,不同位置熔滴单元节点的热循环曲线存在不同个数的温度峰值和谷值;随着沉积层高度的增加,1～10层相邻搭接层间熔滴的冷却速率降低,熔滴所在沉积层中的高温区域逐渐扩大,使零件在成形方向上呈现变化的温度梯度,并导致1～10层相邻层间熔滴结合处的晶粒尺寸发生变化。模拟结果与7075铝合金薄壁件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好反映了实际成形过程中零件的温度场变化规律。     

FDM 3D打印支撑结构及易于剥离方法的研究

熔融沉积成型3D打印在成型具有大跨度结构、外伸结构等悬空特征的模型时有添加辅助支撑结构的必要性。文章针对FDM成型技术中支撑结构进行了研究,提出了熔融沉积成型3D打印支撑结构与实体模型易于剥离的方法,科研实践表明该方法对支撑结构的可去除性有较好的改善效果。     

金属微滴三维打印成形数据处理软件的设计开发

金属微滴三维打印成形技术是一种新的快速分层制造方法,为了获取零件模型的离散化层面数据,实现零件的分层打印制造。依据金属微滴三维打印成形工艺原理,利用Visual C++6.0和Open GL,在Windows XP平台上,开发出面向金属微滴三维打印成形工艺的数据处理软件。利用该软件得到的成形数据信息,以Sn60/Pb40合金为试验材料,在280℃喷射温度、100k Pa喷射压力和200μm熔滴直径下,进行了打印沉积试验,打印成形结果与零件模型吻合较好,验证了数据处理软件的可行性,为金属微滴三维打印成形技术的发展奠定了基础。