先进制造技术综合性创新实验的开发与实践

介绍了先进制造技术综合性创新实验的开发思路、实验内容、实施方法以及达到的效果。该综合性实验围绕"计算机辅助设计、数控加工、三坐标测量仪检测"这一过程,将先进制造技术的相关专业课程的理论知识与实践结合起来,充分调动了学生的积极性,提高了学生的动手能力,培养了学生在实践中的解决工程问题的能力。

基于脉冲微束等离子弧焊的快速成形中的搭接参数

对基于脉冲微束等离子弧焊接(PMPAW)的直接金属快速成形中成形轨迹间的搭接进行了研究。建立了成形轨迹间的搭接模型,分析了成形轨迹断面宽度与高度之比(宽高比)、轨迹间的中心距、搭接率等参数之间的相互关系及其对成形件性能的影响。用HOOCr21Ni10不锈钢进行了不同搭接参数的成形试验,并对成形件进行了表面平整度、抗拉强度和断后伸长率的测试。试验结果显示,采用宽高比大的成形轨迹制作的零件其三项测试结果均高于用宽高比小的成形轨迹所制作的零件。成形件纵向抗拉强度和断后伸长率优于横向,采取了层间多方向交替扫描的成形方式来获得整体上各向同性的零件。

基于微束等离子焊的快速成形中成形参数的优化

介绍了一种基于微束等离子焊的直接金属快速成形方法,采用正交试验方法对成形工艺参数对截面宽高比的影响规律进行了研究,并获得了优化的工艺参数.研究结果表明,用宽高比大的成形轨迹制作的零件质量比用宽高比小的成形轨迹制作的零件质量高,而且脉冲电流、送丝速度、占空比、扫描速度和离子气流量对宽高比有显著影响.对采用优化参数制作的零件进行了表面平整度、抗拉强度、延伸率的测试,其测试数据明显优于未经优化参数制作的零件.

基于脉冲微束等离子弧焊的快速成形系统中实时自适应送丝方式

对基于脉冲微束等离子弧焊的直接金属快速成形系统中,填充金属丝的熔滴过渡方式和送丝方向对成形轨迹质量的影响进行了研究。研究结果表明:“搭桥过渡”方式形成的轨迹形态连续、光滑;送丝方向固定的方式在成形与送丝方向间夹角过大的轨迹时,会发生熔滴未完全熔于熔池、金属丝与已凝固成形轨迹发生干涉等缺陷。根据研究结果研制了一个基于成形件断面轮廓实时调整送丝方向的自适应送丝子系统。论述了转角、合成速度、加速度等控制参数的确定算法。对自适应送丝方式和方向固定的送丝方式进行了对比试验。结果显示:自适应送丝方式避免了熔滴未完全熔于熔池、金属丝与已凝固成形轨迹发生干涉等缺陷,对保证成形轨迹的质量有显著作用。

基于有限元法的骨组织工程支架结构力学性能优化分析

目的分析骨组织工程支架微孔参数对支架力学性能的影响，为支架微孔结构的优化设计提供参考依据。方法利用ANYSY软件建立支架微孔结构有限元模型，计算最大等效应力、最大总变形与孔隙率的关系，并分析比较不同孔径、孔间距结构对支架最大等效应力、最大总变形、内部应变的影响。结果X、Y轴方向孔间距的影响规律一致，随着孔间距从0．6mm增加到2．0mm，最大等效应力从63．1MPa减小到46．3MPa，最大总变形从23．8μm减小到21．8μm，最佳应变比从80％增大到84％；但随着Z轴方向孔间距的增大，最大等效应力从38．3MPa增大到47．8MPa，最大总变形从20．8μm增大到22．8肛m，最佳应变比在82％-85％波动。Xx，Y轴方向孔径从0．1mm增加到1．0mm时，最大等效应力从32．4MPa增大到78．4MPa，最大总变形从19．9μm增大到38．2μm，最佳应变比从90％减小到53％；。轴方向孔径的增大会引起支架的最大等效应力从58．8MPa减小到37．9MPa，而最大总变形从23．3μm增大到25．9μm，最佳应变比从82％增大到87％。结论支架孔隙率和最佳应变比越大，最大等效应力、最大总变形越小，支架生物性能和力学性能越好。研究结果对支架的结构设计和优化具有参考价值。

复合结构组织工程化人工骨的金属支架结构设计研究

支架结构设计是组织工程化人工骨设计的重要内容之一,本文对金属与陶瓷材料构成的复合结构人工骨中金属支架的设计进行了研究.通过对髋关节置换后假体与股骨之间力的传递规律进行数值模拟研究,采用分截面分析、网格密度逐渐减小的设计方法,对复合结构人工骨中的金属支架结构进行了设计.通过对6种不同网格密度金属支架的受力情况进行对比分析,设计出了力学特性符合股骨受力规律的金属支架结构.

3D打印技术在人工骨替代物方面的应用综述

3D打印技术是综合了数字建模、机电控制、信息等诸多方面前沿技术知识的应用技术,在骨缺损修复重建中可快速准确地完成人工骨替代物和组织工程支架等的个体化设计制造。本文对3D打印技术在人工骨替代物方面的应用情况进行学习研究。

人工神经导管的制备技术研究进展

周围神经两断端严重缺损时，不及时治疗将引起不可逆转的终身残疾［1］。目前治疗神经缺损较为安全有效的方法是自体神经移植，但面临移植神经匹配困难、供区感觉功能丧失等问题。异体神经移植主要用于修复长节段神经缺损，但术后需用免疫抑制剂，增加患者感染炎症的机会。鉴于神经移植存在限制，因此制备人工神经导管修复周围神经缺损成为目前的研究热点。本文就制备神经导管的材料、导管微结构和制备方法的研究现状进行分析和讨论。

组织工程化人工骨支架的结构优化设计研究进展

骨组织工程技术的发展为骨折不愈合、大段骨缺损及骨肿瘤引起的骨折提供了一种应用前景广阔的修复方法。种子细胞、支架和生长因子是组织工程研究的三大要素,其中支架是骨组织工程中最基础的要素,其结构不但会影响细胞的生存、信号发射、生长、增殖和重组,而且还会影响细胞的形状建模和基因表达[1-2]。

机器人熔覆3D打印中的成形路径生成研究

介绍了一种基于六自由度工业机器人的熔覆3D打印系统,对打印成形中的成形路径生成进行了研究。根据系统特点开发了机器人扫描路径文件自动生成程序,能够将扫描路径的点坐标与机器人空间姿态及熔覆工艺参数进行组合,生成机器人运动控制程序。进行了成形实验,实验结果达到要求。

基于三维堆焊的直接金属快速制造技术

介绍了一种将焊接技术与快速成形的分层累加原理相结合的直接金属快速制造技术。根据所采用热源的类型和成形原理,对三维堆焊直接金属快速制造技术进行了分类,并分析了各自的特点和研究现状。提出了需要进一步深入研究的关键问题。

等离子弧熔覆成形零件的力学性能研究

介绍一种基于等离子弧熔覆的快速成形工艺。研究不同扫描方向对成形件抗拉强度和延伸率的影响,结果表明,零件的纵向抗拉强度和延伸率均高于横向。通过层间成形方向相互垂直的扫描方式,可以制作整体上各向同性的零件。零件致密度达99.27%,与激光熔覆成形相当。

三维堆焊快速成形温度场的数值模拟

利用有限元法对三维堆焊快速成形过程中的温度场进行模拟。对自然散热和冷却条件下的温度场进行了分析,结果表明自然散热时高温区域的面积明显大于冷却条件下的面积,成形时采取冷却措施可以有效地减小高温区域的面积,从而可以避免成形件的氧化,保证成形质量。

利用等离子弧熔覆的薄壁件快速成型工艺研究

介绍一种基于等离子弧熔覆的直接金属快速成型工艺。研究了薄壁件成型时成型轨迹截面形状对成型质量的影响、尾缩控制、成型温度控制,以及力学性能等关键工艺问题。研究结果表明,扁平截面的成型轨迹有利于保证成型质量;采用末端减速法可以有效地避免薄壁件的尾缩现象;采用减小热输入与直接水冷相结合的成型方式,能够避免成型时液态金属的过度流淌等缺陷;薄壁件的抗拉强度和延伸率与填充金属丝相当,水平方向的性能优于垂直方向。

薄壁件等离子弧熔覆快速成形的温度控制研究

介绍一种基于等离子弧熔覆的薄壁件快速成形工艺,通过数值模拟与实验相结合的方法研究不同的热输入与散热条件下,薄壁件成形中的温度分布规律及控制方法。研究结果表明:在成形中,当等离子弧功率不变时,薄壁件的温度会越来越高,导致因过度熔化而坍塌;随着层高的增加,逐步减小等离子弧功率,可以明显减少热输入,改善过度流淌等缺陷,但等离子弧功率过低时会导致无法将填充金属丝熔化而产生夹丝。提出一种减小等离子弧功率与跟随式直接水冷相结合的成形温度控制方式,有效控制了成形过程中薄壁件的整体温升,避免了薄壁件的坍塌、夹丝等缺陷,保证了成形质量。

基于关系数据库的实用型滚动轴承初级CAPP专家系统

通过建造一个基于关系数据库的实用型滚动轴承初级 CAPP专家系统 ,本文介绍了该系统的知识库。

三维打印成形的金属零件快速制造技术

阐述三维打印快速成形技术的类型及特点,对利用三维打印技术进行金属零件快速制造的几种工艺及其特点进行了对比分析。

直接金属快速成形中的变形测量系统研制

为了对直接金属快速成形中零件的变形规律进行研究,研制了一个变形测量系统。采用了电感调频式位移传感器,可对零件的变形进行在线或离线测量。通过消息传递机制实现了工作台运动进程与变形数据采集进程之间的通信。采集的数据根据不同分析需求进行输出,可以方便地对零件的变形进行分析研究。

基于3D打印的CPC人工骨支架流道结构设计

人工骨支架植入人体后主要为细胞提供支撑作用。3D打印技术的出现为组织工程化人工骨支架结构的设计、制造与优化提供了新的方法。为研究磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)人工骨支架的微孔分布及孔隙率与力学性能的关系,设计了3种不同主流道模型,并在原始模型的基础上对微孔道进行了细化,分别建立这些具有不同孔隙率的支架结构模型,采用Ansys Workbench对这些模型进行有限元分析,提取各个模型的最大等效应力和最大总变形,综合分析支架微孔的分布及孔隙率与上述参数的关系。结果显示,支架的力学性能与微孔道的分布有着紧密的关系,对于同种模型,随着孔隙率的增大,支架的最大总变形呈递增趋势,但不同模型的上述参数对孔隙率的敏感性存在一定的区别。分析结果为后续通过3D打印技术制备生物陶瓷人工骨支架提供了参考依据。

基于3D打印的手指屈肌腱损伤定制化支具设计

摘通过将数字医学、CAD、逆向工程、3D打印等技术相结合,研究了手指屈肌腱损伤定制化支具的设计和制备方法。利用患者的CT扫描数据对受伤手臂进行三维重构,提取前臂皮肤数据设计固定于前臂的支具夹持部分;提取健侧手指部分的数据,通过图形镜像方式设计固定受伤的左手手指部分的支具结构;根据手部功能位的要求设计支具的腕部结构与手指部位的活动结构。对石膏绷带试样与3D打印的PLA(聚乳酸)支具试样进行了抗弯强度测试,对PLA试样进行了抗扭强度测试,实验结果表明3D打印的PLA试样的抗弯强度高于石膏绷带试样,而且抗扭强度也良好。利用三坐标测量仪对支具的3D打印模型进行了测量,并与三维CAD模型进行了对比。3D打印的支具佩戴方便,贴合效果、透气性及力学性能好,能有效的限制受伤手指的异常活动,可实现定期调整及配合早期功能锻炼。