先进陶瓷黏结剂喷射增材制造技术发展与展望

在过去的20年中,陶瓷黏结剂喷射增材制造技术已经成为制造复杂陶瓷构件的一种革命性方法,特别是在航空航天、生物医疗、电子信息等多个关键领域展现出显著的应用潜力与价值。本文全面回顾了此技术的基础原理、材料选择、工艺流程、性能特征及制造缺陷,并针对未来的挑战和目标进行了深入展望。文中首先详细概述了该技术的成型原理,对其与其他增材制造工艺的优势和局限进行了对比分析;然后综合总结了国际研究进展,重点包括陶瓷粉末的性能与处理、黏结剂的配置与其在粉床中的动力学行为、工艺参数的调整与后续致密化工艺,并讨论了这些因素如何影响初坯和最终制件的密度、孔隙结构、组织特性及性能;最后,基于现有研究成果和应用局限,本文对粉末原材料、黏结剂的设计、工艺参数优化等方面提出了前瞻性的发展建议。本篇综述旨在为理解和应用陶瓷黏结剂喷射增材制造提供全面的科学研究和工程实践指导。

烧结温度和保温时间对黏结剂喷射增材制造AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金显微组织和性能的影响

AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金具有断裂强度高、抗疲劳强度高等优点。本研究使用黏结剂喷射增材制造技术(Binder jetting additive manufacturing,BJAM)制备该合金,通过调节烧结温度(1290℃~1350℃)和保温时间(1~5 h)探究烧结工艺对该合金的显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:烧结温度和保温时间通过影响孔隙率及晶粒大小直接影响高熵合金烧结件的性能;孔隙率的下降与晶粒长大同时发生,两因素耦合影响烧结件的力学性能。1350℃保温3 h样品的伸长率达7.09%、致密度达92.5%,1350℃保温1 h样品的屈服强度和断裂强度分别达到600.19 MPa和1021.32 MPa。

快速成形技术中轮廓环的分组算法及其应用

以平面内轮廓环的存在规则和相互关系为出发点 ,提出了一种简单实用的轮廓环的分组算法 ,通过本方法对平面的轮廓环进行分组 ,能够把一个平面分解成一系列简单的单连通区域 ,分组后的轮廓环不仅能够在进行其他运算时减少重复计算 ,而且可以在分区填充扫描线时减少分区数 。

快速成形技术中基于切片轮廓信息的自适应分层算法

快速成形的成形精度和速度往往是一对矛盾体 ,自适应分层方法是解决这一矛盾很好的方法之一。本文通过分析和比较切片轮廓信息 ,提出了一种简单而实用的适用于STL及PIC文件格式的自适应分层方法 ,并介绍了该自适应分层的算法。

SLS快速成形系统扫描路径优化方法的研究

从成形速度入手,通过对选择性激光烧结技术(SelectiveLaserSintering)中现有的最普遍的两种扫描路径进行分析和比较,并考虑到不同扫描系统的特殊性,提出了对扫描路径进行优化的方法。从而能在保证制件成形精度的条件下提高成形速度,节约烧结成本。

SLS成型机的粉末预热过程研究

对成型机工作腔的一般预热方法的预热过程进行了分析 ,研究了辐射预热的热流密度对粉末预热温度的影响 ,提出了热流密度场模型 ,并与实验测得的预热温度场进行了比较 。

基于零件切片的选择性激光烧结预热温度控制方法

选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)系统是通过加支撑或采用人工调节预热温度的方法来减少成形件的翘曲变形,它劳动强度大、SLS材料浪费多、成形效率低,且预热温度难以精确控制。基于以上情况,提出一种新的控制方法,使预热温度能随零件断面几何形状的变化而自动调节。以华中科技大学开发的SLS设备为研究对象,验证这种新型控制方法的可行性。试验结果和实际应用表明:与原有控制方式比较,根据文中所提出的方法成形的零件表面质量、尺寸精度和形状精度等都有较大幅度改善,并且真正实现了SLS成形过程的自动化。

选择性激光烧结复合扫描路径的规划与实现

激光扫描路径是选择性激光烧结系统 (SLS)的关键技术之一。针对目前常用激光扫描路径的缺陷 ,提出了基于轮廓环偏移与分区变向填充相结合的一种复合激光扫描路径规划方法。文章给出了这种激光扫描路径的轨迹生成过程、轮廓环的修整、环分组以及环偏移扫描与分区扫描之间的厚度确定方案。并对其中图形运算算法进行了优化。

3维激光振镜扫描系统的关键技术研究

为了设计可用于大幅面扫描的3维激光振镜扫描系统,深入研究了3维激光振镜扫描系统的动态响应性能及控制算法、校正算法,采用具有高响应性能的伺服机构作为系统的执行机构,合理地规划扫描路径以及扫描延时参量,设计了对扫描图形进行精确校正的扫描校正模型,开发出了一套能实现大幅面精确扫描的3维激光振镜扫描系统。该3维激光振镜扫描系统经过长期实验验证,运行稳定,其扫描重复定位精度不大于30μm,扫描精度可达100mm±0.1mm。结果表明,该3维激光振镜扫描系统在需要进行大幅面精确激光扫描行业中有重要应用价值。

基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术

目前,复杂金属零件/模具的快速制造技术在航空航天等高科技行业的应用引人瞩目。SLM可直接制造任意复杂形状的高密度、高强度、高精度等良好机械性能的金属零件/模具,可加快制造速度,降低成本;更重要的是,它可以制造传统制造方法无法加工的复杂金属零件/模具。

选择性激光烧结预热温度的自适应控制研究

SLS成形过程中 ,粉末预热温度是决定制件精度、强度的重要因素。当零件截面形状发生突然变化时 ,粉末预热温度需要随之变化 ,否则成形件将严重变形甚至不能使用。原有SLS设备采用人工干预实现变预热温度调节 ,劳动强度大且工艺参数不好控制。本文提出一种粉末预热温度的模型参考自适应控制方法 ,使预热温度随着具体切片几何形状变化而变化 ,真正实现生产过程的自动化、智能化。

金属粉末熔化快速成型技术的研究进展

SLM技术代表了快速制造领域的发展方向,运用该技术能直接成型复杂结构、高尺寸精度、高表面质量的致密金属零件,减少制造金属零件的工艺过程,为产品的设计、生产提供更加快捷的途径,进而加快产品的市场响应速度,更新产品的设计理念和生产周期。SLM技术在未来将会得到更好、更快的发展。

吸热墨水喷射3D打印高分子材料的研究现状与发展趋势

吸热墨水喷射3D打印技术可高效率成形复杂高性能塑料零件,对推动3D打印技术批量化应用具有积极意义。文中以惠普公司的多射流熔融技术和维捷公司的高速烧结技术为主综述了吸热墨水喷射3D打印的技术原理、发展历程和应用领域,总结了材料与工艺因素对其成形质量的影响,概述了吸热墨水喷射3D打印材料体系及相应3D打印研究的进展。通过分析该技术目前面临的主要问题,对其未来重点研究方向进行了展望。

一种用于电子烟烟弹的多孔导电复合材料

采用注射成型工艺和微粒浸出技术成功制备了碳纤维填充低密度聚乙烯(PE-LD/CF)多孔复合材料,其具有自限温性能且不含金属成分,用作电子烟烟弹可以有效消除传统电子烟线圈浸出的重金属离子和丙二醇受热氧化产生的有毒羟基化合物的危害。研究结果表明,PE-LD/CF多孔复合材料仅仅是CF和PE-LD的简单混合物,其主要孔隙直径约为1~2μm,有效孔隙率为23.79%。PE-LD/CF多孔复合材料具有明显正温度系数(PTC)效应且PTC强度约为1.82,其自发热最高温度为68.4℃,且其加载尼古丁后自发热最高温度(43.5℃)远低于丙二醇溶液沸点(132℃),理论上可以消除传统电子烟产生的羟基化合物的危害,其尼古丁释放浓度能在较长时间内保持稳定且释放量约为1.6μg/m L。结果表明,这种多孔复合材料可以取代传统电子烟烟弹。

选择性激光烧结预热温度场的数值模拟

对选择性激光烧结(SLS)加热的研究多数集中在烧结过程上,而对预热过程的研究还很不完善。预热效果直接对加工质量产生很大的影响。本文针对预热过程的传热情况,建立了粉床温度场的三维解析数学模型,然后采用Matlab对特定管式加热装置下的粉床受热情况进行了计算,并将某些特殊点的模拟结果与试验数据进行了跟踪对比。结果表明:该点模拟值能极好的与实际温度的状况相吻合,优化设计预热装置后的加热效果得到明显提高。

选择性激光烧结快速成型机控制系统的开发

以选择性激光烧结 SLS select laser sin-ter 快速成型机控制系统的开发为例 。

光固化成形基于切片轮廓信息的变方向路径算法研究

光固化成形是一种基于逐层累加方式发展起来的新的制作工艺,零件的加工效率是成形中需要考虑的关键问题之一。激光扫描路径和扫描速度影响每层加工时间。扫描速度一定时,扫描路径的优化与否将直接影响加工时间。本文对平行扫描路径进行分析,针对激光器扫描时加减速额外消耗时间,运用图形学中多边形性质及激光扫描过程特点,提出了优化扫描方向的算法,可在不降低精度的基础上大幅度提高效率。文章给出了这种扫描路径的轨迹生成方案,并提出提取狭长分枝的分区算法。

选择性激光烧结粉床表面温度测量的误差分析与补偿方法研究

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)成形过程中,粉末温度是决定制件精度、质量的重要因素之一。过去我们分别采用了热电偶、红外测温仪测温,但由于粉末厚度为0.1-0.5 mm,并且粉末随粉床下降而下降,上面又由铺粉辊铺上新的粉末,导致测温效果都不太理想。为此,我们研究了影响两者测量温度误差的主要因素,并给出了补偿方法,应用于华中科技大学快速成形中心开发的HRPS-ⅢA粉末烧结系统中,取得了良好的效果。

金属粘结剂喷射增材制造技术发展与展望

目的介绍了粘结剂喷射增材制造(BJAM)技术打印金属零件的发展历程、技术特点、打印材料和应用领域,重点分析了影响金属BJAM零件质量的主要因素,讨论了金属BJAM技术的研究重点。方法归纳了金属BJAM技术的重要发展节点及现阶段技术的成熟度;总结了原材料、打印及烧结工艺参数对BJAM打印金属零件质量的影响规律;按材料种类讨论了BJAM打印金属零件的致密度、微观组织及力学性能。结论通过分析金属BJAM技术可实现高效率、低成本制造金属零件,但仍存在烧结致密度低和收缩严重等问题,指出了改善铺粉质量、开发新型粘结剂和模拟预测烧结收缩等是金属BJAM技术未来发展的重点方向。

Adaptive heating the powder bed for SLS system

The temperature of powder bed is very important for selective laser sintering system(SLS),because it directly affects the quality of part.Furthermore,the temperature of powder bed should alter according to the slicing section contour of model in order to ensure that the integration is successful and intelligent.Namely,the temperature of powder bed should change with shape of CAD model at different height.The paper illuminates how to distinguish the slicing contour loops from adjacent region.In this way,the temperature can be adaptively adjusted with altering of the sectional contours.