Characterization of 3D Printed Poly(3-Hydroxybutyric-Co-3-Hydroxyvalerate) by Fused Granular Fabrication through Thermal and Mechanical Analyses

Poly[R-3-hydroxybutyrate-co-(R-3-hydroxyvalerate)] (PHBVs) copolymers are promising biopolymers, which could substitute petroleum-based plastics for various applications. PHB and PHBV pellets were processed on a customized 3D printer via Fused Granular Manufacturing (FGM) approach modified with a Mahor screw extruder. To anticipate the behaviour of PHBVs when transformed using conventional thermo-mechanical shaping processes, thermal and mechanical analyses were carried out in order to better understand the effect of annealing temperature on their crystallization behaviour and mechanical properties of PHB polymer and PHBV copolymer. The objectives of the present work were to propose an experimental strategy to study the melting and crystallization events, crystalline structure changes, and mechanical performances of both PHB homopolymer and PHBV copolymer according to identical thermal annealing treatments. A monitoring of 3D printed PHB and PHBV structures was achieved by coupling Differential Scanning Calorimetry (DSC) and tensile tests. .

熔丝制造3D打印CFRP层内损伤破坏机理与模型研究

为将3D打印技术应用到桥梁工程中,以熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环为研究对象,开展了材料层内损伤失效机理的基础性研究工作.首先,对锚环进行了张拉锚固破坏试验,明晰材料的损伤失效模式.其次,测试分析了材料的弹性参数及强度参数值,供后续仿真分析使用.最后,通过VUMAT子程序构建了材料的损伤失效本构关系,利用ABAQUS仿真分析软件模拟熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环的渐进损伤失效全过程,分析其层内损伤失效机理.结果表明:熔丝制造3D打印碳纤维复合材料具有显著的层内损伤现象;选用Hashin损伤起始判据与刚度瞬间退化模型作为熔丝制造3D打印碳纤维复合材料损伤力学模型偏于安全,具有一定的可行性;锚环在高度方向产生纵向裂纹是由纤维拉伸失效导致的.

熔融沉积法3D打印天然植物纤维/可降解塑料复合材料的进展

近年来,3D打印技术在国内外得到了广泛关注。熔融沉积成型(FDM)为目前3D打印技术中最常用的一种工艺方法,可降解塑料为FDM使用较多的原材料。但是,单一的可降解塑料材料的成本较高,存在性能缺陷,限制了其在3D打印技术领域中的进一步发展。利用天然植物纤维与可降解塑料进行复合,用于FDM 3D打印,不仅能降低材料的成本,还可以改善材料的部分性能,因此,该类复合材料越来越多地被应用于FDM 3D打印领域,可以替代单纯的可降解塑料。对该领域的最新研究进展进行了综述,重点阐述了各类植物纤维与聚乳酸等可降解塑料复合后,在FDM 3D打印工艺中的研究及应用。

带可更换保险丝典型钢框架的地震损伤控制性能研究

结构地震损伤控制保险丝(以下简称保险丝)不仅具有控制结构损伤的功能,而且更换方便,有助于加快震损结构修复速率。从结构体系角度对带保险丝钢框架的损伤控制性能进行了研究,介绍了新型保险丝的构造和工作机理,建立了带保险丝结构的数值仿真模型,并对模型进行了合理性验证。采用静力和动力弹塑性时程分析方法,研究了带保险丝钢框架的损伤机理、层间变形和失效模式。研究结果表明:带保险丝钢框架的抗震性能受保险丝性能控制,中、大震作用下,结构损伤集中于保险丝,主体构件避免受到损伤;保险丝强度阈值应小于1.00,建议取0.85;保险丝的应用可改变结构的损伤机制,其可更换功能提升了结构的可恢复性;当结构遭遇的最大层间位移角达2.1%时,更换17%的保险丝即可恢复结构功能;带保险丝高强钢框架的残余变形更小,更易修复,可恢复性得到了进一步提升。

基于工程塑料的3D打印技术应用研究进展

针对军用电子产品快速验证的需求,开展了3D打印技术的应用研究。通过分析现有3D打印技术、材料与应用领域,进一步对比分析基于工程塑料的熔融沉积成型(FDM)、立体光固化成型、选择性激光烧结、叠层实体制造四种3D打印技术的优缺点,着重阐述了FDM技术在国内外的工程应用情况,指出国内外FDM技术存在的差距,最后展望了3D打印技术的下一步应用方向。

基于FDM技术的多料口粒料3D打印供料及挤料系统设计

FDM 3D打印机多采用由颗粒状热塑性材料加工而成的丝状热塑性材料,材料成本较高,且由于材料本身丝状的几何形状难以实现均匀混合,使得FDM彩色混色3D打印技术具有一定的局限性,难以实现多色混色打印。针对以上问题,根据传统挤出技术并结合熔融沉积(FDM)技术特点,研制了粒料式FDM 3D打印设备供料及挤出系统,原材料直接选用颗粒状塑料,并设计了多个进料口、储料仓和排气螺杆,进料采用穴播轮控制方式。设计结果可以实现不同颜色、不同塑料进料量的合理配比,使颗粒塑料实现充分熔化、加压、均化、排气、再均化、挤出过程,实现均质材质的粒料3D打印过程及多色混色打印过程。所提出的设计可以使用粒料直接进行3D打印,既降低了制料成本、缩短了制料周期,又实现了废料的有效利用,可为3D打印技术的发展提供参考。

塑料牙作种植义齿上部结构的临床效果初步评价

对二段式圆柱型ＨＡ－Ｔｉ复合种植体上部结构修复后３月以上，经严格临床追踪观察的１６２例计２３６件修复体临床资料进行总结分析。结果表明：金属－烤瓷、金属－塑料作材料的各种类型的修复体临床效果均较满意，而以塑料牙作材料的各类修复体临床效果均差。作者认为金属－烤瓷、金属－塑料作为种植义齿上部结构修复材料较合适。

3D打印PC/ABS合金的性能

以马来酸酐接枝ABS树脂(ABS-g-MAH)为增容剂,制备聚碳酸酯(PC)/丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)合金,对其力学性能、热性能及熔体流动性等进行了研究,结果表明,当该合金质量比PC∶ABS∶ABS-gMAH=70∶30∶6时,PC/ABS合金的缺口冲击强度为33.92kJ/m^2,远高于纯PC与其它配方合金的缺口冲击强度,且其它性能较好。采用3D打印耗材挤出机将纯PC及PC/ABS合金制成丝材,PC丝材直径为(1.75±0.27)mm,PC/ABS合金丝材直径为(1.75±0.05)mm,PC/ABS合金的尺寸稳定性得到很好地改善。研究两种丝材的熔融沉积成型(FDM)性能以及打印方向对试样力学性能的影响。结果表明,当采用FDM工艺水平向和侧向打印时,试样的力学性能超过注塑工艺成型试样,但是竖向打印试样力学性能较差。与纯PC打印试样相比,PC/ABS合金试样的缺口冲击强度得到大幅提高,侧向打印PC/ABS合金的缺口冲击强度为40.13kJ/m^2,而侧向打印纯PC的缺口冲击强度仅5.73kJ/m^2。

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。

锥形塑料光纤过渡器的制作及测试

研究了可作为塑料光纤与石英光纤连接器件的锥形塑料光纤过渡器的制作方法及性能测试。采用重力垂直熔融拉锥法制作锥形塑料光纤过渡器,并研究其在实验室条件下的最佳工艺参数。重复实验发现,当加热电压为6.0V,加热区中心温度在214℃附近,拉伸力为1.40g左右时,塑料光纤的拉伸过程容易控制,拉伸后的塑料光纤表面具有良好的光学质量。测试显示锥形塑料光纤的透射率随着锥度的增大而减小,表面显微形貌良好,出射模式数明显减少,出射模模场强度集中在低阶模部分,可见光透射谱在400～500nm的损耗加大。对测试结果的分析表明,采用重力垂直熔融拉锥法可以制备性能优良的锥形塑料光纤过渡器,实验得到的最佳工艺参数可为POF连接器、耦合器的实际生产提供参考。

基于熔融沉积技术的燃机叶片快速熔模铸造工艺优化研究

针对熔融沉积技术应用于熔模铸造燃机叶片时存在的因材料熔融膨胀流动而导致型壳胀裂、表面品质和尺寸精度难以保证等问题,分别进行了3D打印ABS材质的实心、空心叶片模样用于熔模铸造的实验,研究了熔模铸造过程中的蜡质浇注系统设计、涂挂工艺参数、脱蜡和脱ABS材料工艺流程优化技术。通过对铸件尺寸精度的检测表明,ABS材质空心叶片模样的铸件产品尺寸精度优于实心叶片产品。

3D打印技术在复杂曲面塑料产品设计与制造中的应用

针对具有复杂曲面的按摩器塑料产品,借助3D打印技术,实现了塑料产品快速设计与制造,总结了对于具有复杂曲面按摩器塑料产品3D打印过程中的技术要点。首先,利用激光扫描仪,结合Geomagic Wrap软件完成实体点云数据的采集,以及模型数据的预处理。其次,借助Geomagic Design X软件,通过三维曲面拟合的方法来实现按摩器模型的重构,将重构的实体模型与采集处理后的点云数据进行误差对比,验证了该模型重构方法的可行性。最后通过对目前常用的3D打印成型工艺进行分析,选用熔融沉积成型工艺的3D打印机,从3个不同成型方向进行产品试制。结果表明,模型曲面脊线与成型平台呈45°时,打印时间、耗材量、支撑结构较少,成型产品效果较好。

塑料充填管导爆索爆破切断试验

多点下料充填是提高回采进路充填接顶率的有效方法,而用导爆索爆破切断塑料充填管是改变充填下料点位置以便实现多点下料充填的一种新方法.本文概述了该方法的构思、试验及使用效果.

快速熔积制造技术的原理和应用

介绍了快速熔积制造技术 (FDM)的基本原理 ,叙述了这种新型成型方法在塑料加工领域的应用。

反射四通最佳传爆条件的研究

通过照度跟踪试验，研究了反射四通对塑料导爆管的传爆过程，并给出了反射四通与塑料导爆管连接时的最佳传焊条件。

基于3D打印技术的FDM薄板塑件表面成型精度试验研究

从三维(3D)打印技术中熔融沉积快速成型(FDM)的成型原理出发,先分析薄板塑件在成型过程中形成表面质量误差的主要因素,并设计相关实验,主要研究了分层厚度与挤出速度对薄板成型表面精度的影响,以及打印速度对表面粗糙度的影响.并分析得到了零件精度误差最小的参数组合为:分层厚度为0.2 mm、挤出速度为30 mm/s、打印速度为40 mm/s,从而进一步得到了优化制件加工参数的一般原则。

成型方式对ABS塑料摩擦学性能的影响

利用熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)3D打印技术和传统模压成型方式制备ABS试样,运用球-盘摩擦试验对比研究2种成型方式对ABS试样摩擦学性能和磨损机制的影响,并考察不同打印层厚(0.1、0.2、0.3、0.4 mm)的ABS试样的摩擦学性能的差异性。结果表明:与传统模压成型方式相比,FDM制备的ABS试样具有较高磨损量和较低的摩擦因数,且磨损机制由传统模压成型试样的磨粒磨损变为主要为黏着磨损;在FDM制备的试样中,打印层厚为0.2 mm的试样摩擦学性能较优,这是因为打印层厚过低会导致试样顶层材料很容易被磨破,层厚过高会导致其黏结力降低、致密度较差,从而导致耐磨性降低。通过DSC试验和红外光谱试验发现,2种成型方式制备的试样的氧化性能和分子结构基本相同,这说明不同成型方式并不改变材料的微观结构。

利用振动改善FFF薄板抗拉性能的实验研究

熔丝制造成型(fused filament fabrication,简称FFF)技术因其操作简单、成本低廉且环境友好等特点,成为普及范围最广的一种快速成型技术,但由于逐层沉积的制造工艺,其产品质量很难与传统加工方式得到的零件相媲美。笔者将压电陶瓷片与FFF快速成型设备相结合,利用振动改善打印产品的机械性能。首先,利用压电陶瓷将普通FFF快速成型设备改装成振动式FFF设备;其次,制备施加振动前和不同形式振动后的拉伸样件,并完成拉伸实验;最后,通过对比不同样件的应力应变关系,分析了振动对FFF制品抗拉性能的影响规律。研究结果表明,利用振动能够显著提高FFF制品的抗拉强度和弹塑性能,并有效降低其各向异性特点。

增塑剂的选择与邻苯二甲酸酯的替代品

在拟定一款软质聚氯乙烯(PVC)配方时,所开发的产品能否满足客户的性能指标和成本要求,在很大程度上取决于适当的增塑剂体系的选择。在所有原料组分中,增塑剂会对产品的最终性能造成最大的影响。本研究将论述在选择增塑剂时所涉及的程序,先从通用型增塑剂开始,然后考虑邻苯二甲酸酯的替代品及其他增塑剂。

工业级熔体微分3D打印技术制作大型工业制品

桌面3D打印技术已得到社会认可,而针对工业级大型3D打印技术的研究很少。工业级熔体微分3D打印技术,采用螺杆塑化熔融方式,具有更大的成型尺寸;可加入颗粒状聚合物,拓宽3D打印耗材种类;使用3 mm大喷嘴,有效提高打印速度。该工业级熔体微分3D打印技术中各个打印参数(如层高、喷嘴直径等)设置对于制品成型及制品力学性能有着至关重要的影响。将不同基材的玻纤复合材料作为研究对象,运用自主搭建的工业级熔体微分3D打印实验平台,研究不同打印参数下制品成型效果。通过SEM电镜图、TGA热重分析仪、DSC差示扫描量热法、拉力测试仪对制品及原材料进行分析。文章验证了该新型工业级熔体微分3D打印机对玻纤复合材料制备大型3D打印制品的可行性,且可以为工业级大型3D打印技术的发展提供理论基础和技术指导。