木塑复合材料3DP设备微滴喷射过程仿真及关键参数研究

【目的】以自主研发的木塑复合材料三维打印与胶黏(3DP)微滴喷射系统为基础,开展紫外线固化黏结剂(UV胶)微滴喷射过程的研究,优化喷射系统工艺参数和阀体结构参数,为木塑复合材料3DP工艺液滴铺展渗透研究提供数据支撑。【方法】对喷射阀撞针的位移特征、UV胶的流变特性进行测定分析,确定了影响木塑复合材料3DP设备微滴喷射过程的喷射参数。采用有限元法对微滴喷射过程进行仿真,分析了微滴喷射过程中UV胶在喷嘴处速度、压力和质量流率的变化特征,获得了喷射参数对微滴喷射过程的影响规律。选取撞针速度、喷嘴直径、供胶压力为自变量,以液滴成形质量和主液滴速度为评价指标,开展仿真试验求解优化参数组。【结果】单因素试验得到了撞针速度0.3~0.9 m·s^(−1),喷嘴直径0.10~0.20 mm,供胶压力0.1~0.3 MPa,阀座锥角120°~130°的合理喷射参数范围。正交试验得到了喷嘴直径是影响液滴质量的显著因素,供胶压力是影响液滴速度的显著因素,并获得最优的喷射参数组合为喷嘴直径0.10 mm,撞针速度0.9 m·s^(−1),供胶压力0.1 MPa、阀座锥角130°。【结论】建立了基于木塑复合材料3DP微滴喷射过程的VOF有限元模型,完成了喷射参数对微滴喷射影响的研究,获得了最优的喷射参数组合。

木塑材料3DP打印机运动控制系统轨迹跟踪研究

针对木塑材料3DP打印机运动控制系统X轴负载较大而导致CoreXY机构在进行开环控制时打印精度较差的问题,研究3DP打印机的模型预测控制(MPC)智能轨迹跟踪算法,提高打印精度和打印速度。基于黏结剂喷射(3DP)成型工艺和CoreXY机构的传动特点设计了木塑材料3DP打印机运动控制系统,提出了一种适用于3DP打印机的MPC轨迹跟踪策略。采用笛卡尔坐标系下近似圆形切片的打印轨迹作为参考轨迹,建立CoreXY机构A、B电机闭环系统的预测模型,运用MPC理论将打印速度和精度的多约束最优控制问题变为带约束的二次函数进行求解,对比参考轨迹与实际打印轨迹之间的误差,进而研究不同打印速度对轨迹跟踪效果的影响。对仿真结果进行分析计算得出,打印速度在80~400 mm/s范围内,3DP打印机的喷胶位点均可实现对参考轨迹的较准确跟踪,A、B电机皮带位移最大横向误差分别为0.0097和0.0060 mm,X、Y轴横向误差的平均绝对误差分别为0.357和0.362 mm。对比PID控制,MPC控制策略的各项衡量指标都更优,且参数更易整定,横向误差更小,提高了3DP打印机喷射路径的准确度和效率。随着打印速度的降低,MPC控制器的横向误差逐渐减小,系统的轨迹跟踪效果更准确和稳定,最终绘制参考轨迹与实际轨迹形状基本重合。

微滴喷射增材制造技术现状及进展

微滴喷射技术具有高通量、低成本等特点,是目前最具发展潜力的增材制造技术之一。但传统微滴喷射技术无法满足不同材料增材制造中高黏度、高分辨率、高成型精度等的要求,了解微滴喷射的驱动方式和成型技术可以为解决上述问题提供思路。本文综述了微滴喷射发展历程,分类介绍了几类典型驱动方式的研究进展,基于材料特性和成型特点阐述了不同微滴喷射成型技术的适用范围、技术优势和存在问题,最后针对微滴喷射增材制造技术在打印原料、驱动方式和成型精度等方面存在的问题提出了可行思路。

竹材集材关键技术装备研究现状

竹材集材是有效衔接竹子砍伐和竹材运输的关键一步,实施竹材集材关键技术装备的机械化可使竹林场从砍伐、集材到运输真正实现集约化、机械化、连续化运营。文章分析了我国竹林场经营面临的问题,综述了国内外竹材集材关键技术装备的研究现状以及竹材集材可借鉴的木材集材的方法与装备。文章认为,竹材集材技术装备的研究还处于初级探索阶段,存在着机械化程度低、缺乏自主创新、社会重视程度低等问题,未来在借鉴木材集材技术装备的同时,应努力提升竹材集材的机械化程度,加大自主创新力度。

基于离散元的竹粉颗粒接触参数标定

【目的】建立竹粉颗粒材料的离散元模型并标定其相关接触参数。【方法】基于毛竹Phyllostachys edulis粉末物理堆积角实验结果,采用离散元法(DEM)模拟仿真和实验设计(DOE)相结合的方法,通过Plackett-Burman (P-BD)实验、爬坡实验和响应面实验获得竹粉堆积角和仿真参数之间的二次多项式回归模型,以物理堆积角为目标值预测得到接触参数的最优组合。【结果】实测竹粉物理堆积角为49.29°;P-BD实验结果表明了竹粉-竹粉滚动摩擦系数、竹粉-竹粉恢复系数和竹粉-不锈钢板静摩擦系数对堆积角影响显著(P<0.05);响应面实验结果进一步证实了P-BD实验的结果,同时表明竹粉-竹粉滚动摩擦系数自身交互作用、竹粉-竹粉滚动摩擦系数和竹粉-竹粉恢复系数的交互作用对堆积角有显著影响(P<0.05);最优因素组合为竹粉-竹粉恢复系数0.44,竹粉-竹粉滚动摩擦系数0.22,竹粉-不锈钢板静摩擦系数0.45。【结论】本研究在41.20°~55.27°堆积角范围内建立的竹粉颗粒堆积角定量模拟标定与预测平台具有较高的可靠性,DEM标定方法可为后续建立评估生物质颗粒运动行为及其与设备相互作用的材料模型提供参考。

人造板连续平压机分时多任务温度控制系统的软件设计

针对连续平压机加热系统温度控制的多任务特征,通过引入基于Windows的消息调度机制,从4个中断及其涉及任务模块调用出发,开发出基于单片机控制器的多任务分时温度控制系统,保证了系统的实时性和稳定性,实现了热压温差在±2℃以内的精确控制。

甲醛等有机挥发物释放量检测箱的单片机控制系统设计

从硬、软件设计方面,阐述所开发甲醛等有机挥发物释放量检测箱的控制系统特点。该系统由ATmega2560单片机构成控制器,完成检测室内温湿度的实时监控及自动控制,温度和湿度控制精度可分别达到±0.5%和±1%,相对可编程控制器的系统成本降低,且人机界面操作简便。

基于木塑基耗材的增材制造技术研究进展

以木、竹等生物质材料为基材的3D打印木质制品,兼具木材质感与填充材料的良好性能,是实现可再生资源持续利用的重要途径之一。总结了近年来木塑基耗材的增材制造研究、工艺提升和设备研发的最新进展。首先介绍了通过木粉、木质纤维素、纳米纤维素等为基材或增强组分混合PLA、ABS和TPU等,实现对原材料制备的突破;其次分析了对3D打印木塑基复合材料机械性能和界面相容性等关键技术参数的研究报道;再阐述了基于木塑基耗材FDM、SLS和3DP等不同成型工艺的方法创新及其工业化应用探索,详述了目前基于木塑基耗材的增材制造设备原理及其研发现状,讨论了设备研发中亟待解决的关键问题;最后,从原材料制备木质含量较低、品种偏少,制品材料性能有待提高,以及设备成型效率偏低等三方面,分析了目前基于木塑基耗材的增材制造面临的技术难题与挑战,并从专用耗材、专用设备和全过程工艺研发,以及评价与标准体系建设两个方向提出未来可能的发展趋势。国内外迫切需要完整的木质材料增材制造解决方案,以期实现其从概念验证应用转向产品大规模和商业化生产。

中密度纤维板静电粉末喷涂基材表面处理方法研究

根据试验结果,从界面理论角度分析得出了砂磨、打底漆的基材处理方法对工件不同部位涂膜附着力的影响及成因。确定了依次使用180号、240号和320号水砂纸进行四周表面腻平、砂磨的最佳表面处理方法。

中密度纤维板静电粉末喷涂工艺研究和应用的进展

从中密度纤维板(MDF)静电粉末喷涂工艺中的板材、粉末涂料和喷涂设备入手,论述了该工艺的研究、应用及发展趋势。

基于网络平台的人造板企业敏捷制造系统设计

通过分析我国人造板企业生产、管理中面临的问题,根据基于网络的敏捷制造生产方式特征以及人造板生产企业和关联企业职能,构建了基于网络的一主多从型敏捷制造系统。系统结构设计为三层,内层通过搭建基于各种服务器设备、局域网等网络支持环境,实现了主导企业内部的数据通信、存储、分析和与外层企业的信息交流。联盟企业在外层可以利用互联网与主导企业协同进行产品和生产工艺的并行化设计。系统通过基础层结构设计,利用与内层相关服务器的通讯,完成人造板生产线的生产管理、现场监控、质量检测,与外层协作企业共同维护生产设备等工作,实现整个系统的敏捷化生产。

基于单片机的人造板连续平压热压机分布式温度控制系统的开发

针对连续平压热压机信号分布广、实时性强等特点,利用单片机,开发一种分布式温度控制系统。描述系统的网络架构、硬件组成、软件设计及抗干扰设计方法。系统采用分层分布式模式,结合模块化设计方法,实现连续平压热压机运行过程温度信号的分散采集、实时监测与级联控制。

浅谈木塑复合材料及其生产工艺

针对木塑复合材料生产中存在的问题,提供了改善植物纤维与高分子材料相容性的3种有效途径,并通过介绍该复合材料基材和成型设备等选择,简述其生产工艺流程,最后论述了木塑复合材料应用前景。

基于ATmega128的试验压机控制系统的软件设计

在分析试验压机控制系统的工作原理以及控制系统的功能需求的基础上,给出了基于ATmega128单片机试验压机智能控制系统的软件设计方法。智能控制系统由系统运行状态实时监控模块、数据采集模块、模拟量输出模块、数据存储模块、人机接口模块组成。通过软件程序使上述模块协同工作,系统能精确按照设定压力自动执行,控制精度高,稳定性好。其次,采用先进的串口通信触摸屏技术,使人机交互更加便捷、压机试验过程的重要数据通过实时曲线和历史曲线展现给用户。

木工机械的数控化探讨

论述了数控木工机械的特点及其在国内外的研究、应用现状,重点讨论了我国木工机械数控化的发展方向。

中密度纤维板静电粉末喷涂工艺的最佳涂膜厚度研究

选择中密度纤维板静电粉末喷涂工艺试验涂膜厚度范围为80μm～200μm,分为6组,根据涂膜厚度与涂膜理化性能的关系,对每组工件的相关涂膜理化性能作相应的检测和分析,最终确定最佳涂膜厚度范围为160μm～180μm。

中密度纤维板静电粉末喷涂工艺条件研究

采用正交试验方法,分析得出了中密度纤维板静电粉末喷涂最佳工艺参数:喷涂距离150 mm,供粉气压0.05 MPa,静电电压60 kV,此时一次上粉率在30%以上。提出了提高一次上粉率的工艺方法,即在设备性能允许情况下,尽可能缩短喷涂距离,适当提高静电电压。

中密度纤维板静电粉末涂装设备研究及应用

介绍了中密度纤维板用静电喷枪的原理和构造,分别讨论了红外—对流固化和紫外固化两种熔融固化设备的原理、结构及应用,并提出了目前该技术设备亟待解决的问题。

基于时间触发模式的木材干燥智能控制系统设计

针对木材干燥过程多参数、多任务的特点,开发一种基于时间触发模式的嵌入式木材干燥智能控制系统,描述该系统的硬件结构组成,以及在AVR单片机上的设计方法。该系统具有在线测量和调节木材干燥参数,保证所有任务分工协作,高效运行等功能,避免因为多个系统事件同时响应,而使某些任务延时或者忽略等问题。

刨花计量料仓控制系统的设计与分析

介绍了应用于刨花板生产线上刨花计量料仓控制系统的设计。利用可编程逻辑控制器(PLC)和人机界面(HMI)等硬件组成控制系统,分析了控制系统误差的来源。在设计时增加了控制系统的稳定性和可靠性研究,以减小误差。刨花计量料仓采用PID控制方式实现对刨花流量的精确控制。利用MATLAB/Simulink模块对控制系统进行模拟仿真分析并整定PID参数。