柱坐标式FDM 3D打印机的研制

针对基于笛卡儿坐标系的熔融沉积成型(fused deposition molding,FDM)3D打印机打印旋转体精度低,且速度慢等问题,设计开发了一种基于柱坐标系的FDM 3D打印机.其成型原理和机械结构都借鉴了传统的FDM 3D打印机,并在此基础上将基于笛卡儿坐标系的运动方式改为基于柱坐标系的运动方式.相较于传统FDM 3D打印机,在使用相同的硬件(包括电机、喷头、打印丝材)配置情况下,该设备打印旋转体模型时可以实现更高的打印精度,在某些情况下可以实现更快的打印速度.

绘图仪式高速激光树脂3D打印设备研制

为了进一步探索3D打印实现方法,提高精度和效率,在绘图仪的结构基础上,结合光固化立体打印技术(SLA)的原理,设计了一种用于树脂材料的绘图仪式3D打印设备(SLP),它拥有绘图仪式的运动结构,激光及聚焦部分可直接做xy二维运动.相对于SLA技术,SLP大幅减小了焦距,所以对光源的要求更低.相比SLA和数字光处理技术(DLP),SLP加工幅面更容易扩大.

选区激光熔化316L不锈钢粉多道搭接工艺的研究

选区激光熔化成形过程中,熔道与单层的成形特点在很大程度上决定了成形零件的性能。实验探究了熔道的成形特点随激光功率与扫描速度的变化规律,分析了适合成形的熔道类型。在单层实验中,从扫描线长度出发,探究了在搭接过程中熔道间热影响与成形面质量联系。总结了成形熔道高度的分布规律。通过三维轮廓仪观察实验结果并与工艺相对成熟的成形结果进行对比获得了设备的工艺参数。介绍了一种填充策略,实验验证可以有效提高成形面质量。

3D打印羟基磷灰石陶瓷的工艺研究

羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAP)是广泛应用于临床骨缺损修复的支架材料,但传统方法不易使其成型形状复杂的个人定制化人工骨植入物,因此,有必要将3D打印技术应用于HAP陶瓷成型。以HAP粉末和光敏树脂为原料,通过粘度测试,制备HAP质量比为30%的混合物,用于光固化面曝光3D打印技术成型陶瓷坯体。根据热重(Thermogravimetric,TG)和差热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)分析结果,发现光敏树脂分解的主要温度区间为300℃至500℃,由此确定坯体的烧结工艺参数,包括烧结的温度范围和升温速度,烧制得到的成型件,体积收缩约为65.2%,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析其物相组成。实验结果证明,利用光固化面曝光3D打印技术能够成型陶瓷坯体,通过适当的高温处理,可去除原料中的光敏树脂,得到陶瓷制件。

3D打印技术在口腔正畸中的应用进展

为了进一步研究寻找3D打印技术在医疗方面的研究领域,例如口腔正畸方面多为传统钢丝结合金属或陶瓷托槽的方式进行牙齿矫正,不仅给患者带来语言交流障碍及各种不适感,而且在美观度等问题上均存在劣势。3D打印技术具有成型精度高,制件周期短,可应对各种复杂结构的特点以及其的快速发展,在口腔正畸学中得以快速应用。目前可应用口腔正畸中的3D打印技术可分为光固化快速成型技术与选区激光熔化技术,并对口腔正畸过程中包括正畸模型的制作,个性化舌侧托槽的制作与转移托盘的制作方面对国内外的研究现状做一综述与分析,分析了不足,指出了未来在口腔正畸过程中可应用3D打印技术的研究方向。

基于后动态聚焦振镜系统激光打点优化研究

导光板(LGP)作为液晶显示(LCD)技术的背光源,已得到了广泛的应用。导光板材料的反射面有大量反射点,目前照明用导光板多采用丝网印刷或激光雕刻制备这些反射点。丝网印刷的油墨反射点容易老化脱落,激光雕刻的优势在于更具个性化,生产灵活且环保等,是今后的发展趋势。传统激光雕刻方式效率低,且缺乏工艺优化。提出一套基于后动态聚焦振镜系统的激光打点方法及相应的工艺优化方法,该方法加工效果优异,加工效率显著提高。

基于拓扑优化技术的分块式脊柱侧凸支架三维打印

针对目前制作特发性脊柱侧凸支架存在加工周期长,在患者身上涂泥取模,加工流程冗长等问题,一些措施应该被采取来解决这些问题。将选择性烧结3D打印技术运用到特发性脊柱侧凸支架的整体制造中,经过试验测试,选择性烧结技术可以极大地缩短支架加工时间,减少加工步骤,并且对支架形态进行测试方面有着一定的优势,提高特发性脊柱侧凸支架制造的效率。主要借助手持式扫描仪对患者进行身体扫描,并根据扫描结果建立分块式脊柱侧凸矫正支架。结合Geomagic和Rhino软件,通过ANSYS Workbench进行仿真及拓扑优化设计,基于模型的拓扑优化结果,对remove部分进行蜂窝形孔洞填充,减轻重量。并对模型进行工程受力验证,对比优化前后支架承受载荷能力。测试结果表明,创新地提出的分块式脊柱侧凸支架在设定一定约束的条件下和保证支架矫正功能的情况下,拓扑优化结构可以达到轻量化的功能,减重达到8.36%,拓扑优化后前胸板承受载荷能力为原始结构的97.61%,后背板为96.62%。