银纳米线基柔性应变传感器气溶胶喷射打印制备及性能

为开发具有优异传感性能且工艺简单、稳定性好的柔性应变传感器,以实现对人体健康信号的无创监测,以多元醇法制备的银纳米线(AgNW)为原料,利用气溶胶喷射打印(AJP)技术构建了基于致密AgNW的柔性应变传感器,有效增强了界面导电性和机械性能。25层的打印层数使传感器获得了30%的应变范围,对其进行120℃烧结,实现了AgNW的有效搭接,构筑了稳定的导电网络体系,显著提高了传感器的灵敏度和稳定性。所制备的传感器在30%的应变范围内平均灵敏度系数为66.7,具有良好的皮肤贴合性和舒适性,并成功地用于监测手指弯曲信号,经过500次的重复拉伸测试,显示出较为稳定的应变传感性能。

颗粒级配对黏结剂喷射打印碳化硅陶瓷性能的影响

碳化硅(SiC)陶瓷作为一种高性能结构功能一体化的陶瓷材料,在航空航天、核能工业和制动系统等领域应用广泛。然而,传统的制造方法无法满足大尺寸复杂结构SiC陶瓷日益增长的市场需求,例如发动机喷嘴、襟翼和涡轮叶片等。黏结剂喷射(BJ)3D打印突破了传统成型的约束,可以提供新的制造思路。本工作采用颗粒级配SiC的思路,基于级配理论优化较佳的颗粒度配比,研究了BJ打印对级配前后SiC陶瓷素坯及烧结体性能的影响。研究发现,BJ打印级配后的SiC素坯经过一次前驱体浸渍裂解(PIP)处理,能够快速制备抗弯强度最大达到(16.70±0.53)MPa的SiC素坯,相比采用20μm中位径未级配的样品提高了116%。进一步采用液相渗硅制备了致密的SiC陶瓷,其密度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到(2.655±0.001)g/cm^(3),(285±30)MPa,(243±12)GPa和(2.54±0.02)MPa·m^(1/2)。XRD分析表明,SiC烧结体主要以3C-β-SiC晶为主。本研究基于颗粒级配的原料,采用黏结剂喷射打印,结合一次浸渍裂解与液相渗硅制备工艺,高效可靠地制备了高性能SiC陶瓷材料。

基于气溶胶喷射打印技术的可编程湿度响应执行器的设计

以氧化石墨烯(GO)纳米片和气溶胶喷射打印技术(AJP)制成三维褶皱结构,在真空辅助抽滤制备的GO薄膜上打印GO墨水,调节打印方向来控制薄膜的弯曲方向,以实现基于GO的湿度响应执行器的可编程性。通过设计实现了湿度响应执行器的复杂变形并应用于仿生领域。

气溶胶微喷射打印柔性应变传感器及性能研究

目的研究气溶胶微喷射打印工艺在制备柔性应变传感器方面的可行性。方法利用气溶胶微喷射打印工艺不受限于柔性基底且打印定位精度高的优势,通过等离子清洗技术增大PDMS表面附着力,使用纳米银墨水与PDMS基底制作用于人体运动检测的电阻式柔性应变传感器。结果通过等离子清洗PDMS基底表面,解决了打印过程中柔性应变传感器因PDMS表面纳米银液滴凝聚而产生的不导电问题。探究了气溶胶微喷射打印工艺参数对打印银线宽度的影响规律,发现增大鞘气流量或缩小喷头内径能有效减小打印线宽。利用高精度万用表检测由气溶胶微喷射打印制备的传感器在受力时产生的电信号,测试传感器在无应力状态下导电性良好且稳定,计算出传感器应变在3.5%内且灵敏度可达163.84。将传感器用于人体手指部位的运动监测,证明其具有检测微小信号的能力。结论气溶胶微喷射打印工艺可用于制备所需要的柔性应变传感器,该传感器在智能穿戴设备方面具有一定应用潜力。

喷射打印成型用陶瓷墨水制备方法

简介了喷射打印成型技术的概念，论述了制备陶瓷墨水的几种可行方法；就有关报道及天津大学在该领域开展的工作做了总结．通过分析，作者认为，分散法虽然工艺简单，但分散性和稳定性不够理想．溶胶法制备的陶瓷墨水颗粒细、分散性较好，但稳定性有待提高．反相微乳液法可获得高度分散、高度稳定的陶瓷墨水，陶瓷颗粒的粒度可以达到纳米级，但如何提高其固含量是一个亟待解决的技术难题．

喷射打印和化学沉积成形微细电路中微滴可控喷射研究

针对智能纺织品中微细线路制备工艺复杂、成本高、柔性差等问题,提出了喷射打印与化学沉积技术相结合制作微细线路的方法。利用构建的气动式微滴喷射系统,以100μm的喷嘴对抗坏血酸和硝酸银溶液进行了可控稳定喷射及沉积成形试验。试验获得了两溶液可控稳定喷射的工艺参数,且微滴在基板上沉积的点阵均匀、成形线宽基本一致,成形银线具有一定导电性。

织物表面微滴喷射打印沉积过程试验研究

在织物表面微滴喷射打印沉积成形微细导电线路中,明确微滴在织物表面碰撞和渗透过程是成形高质量导电线路的前提。采用试验研究的方法,在喷射系统可控喷射条件下,对微滴与织物表面的碰撞、铺展及渗透过程进行图像采集及动态过程研究。结果表明:微滴在织物基板表面的碰撞过程与固体基板类似,几乎未发生渗透现象;由于毛细压差的作用,不同织物在不同时间段内的渗透速率急剧增大,出现快速芯吸现象,且织物经纬密度越小,芯吸效果越明显;微滴在织物表面的扩散形状由织物的组织结构决定,扩散面积与织物润湿性有关,随润湿性的减弱而减小。

喷射打印用ZrO2陶瓷墨水的研究进展

以ＺｒＯ２超细粉为研究对象，使用海藻酸钠和聚丙烯酸作分散剂，制备出分散稳定性良好且可满足打印要求的不同固相含量的ＺｒＯ２陶瓷墨水，并对固相含量与墨水的各种理化性能之间的关系进行了探讨。

织物表面导电线路喷射打印中微滴关键参数的视觉测量

针对织物表面打印导电线路中微滴的几何尺寸、速度等参数测量过程自动化程度低的问题,将视觉测量与微滴喷射技术相结合。利用高速相机对微滴喷射过程进行拍摄得到连续微滴图像。基于像素的阈值选取方法对微滴图像进行分割,得到微滴的二值图像,采用阶梯型边缘检测算法提取液滴边缘轮廓,获得单个微滴的面积、直径参数,根据面积和直径的关系计算出单个微滴的圆度参数,根据2帧微滴图像间的位移量计算出微滴的瞬时速度。实验结果表明:采用视觉测量法测得到的结果精度可达像素级,整个测量过程耗时短,可实现实时测量,为后续织物表面导电线路的精确成形提供了必要监测手段。

气溶胶喷射打印制备稀土荧光图案创新实验设计与实践

大学生创新实验是培养大学生实践、思考、创新和团队协作能力的最有力手段。本文以气溶胶喷射打印制备Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)荧光图案为例,从研究方案制定、研究阶段安排、具体实施过程、数据分析和实验报告撰写等多个方面,针对稀土专业类大学生进行了创新实验教学设计。侧重于开发设计稀土与机械交叉学科的创新实验课程,旨在提高大学生的实验操作、学科融合和创新思维能力。

气溶胶喷射打印系统成形宽度影响因素分析

在分析气溶胶喷射打印技术工作原理的基础上,利用商用压电陶瓷雾化片和自行设计制造的喷印头,构建出由气溶胶喷射打印装置、温度控制装置和运动控制装置3部分构成的气溶胶喷射打印系统。以纳米银导电油墨为对象,采用单参量对比实验分析法,研究鞘气流量、载气流量、喷嘴与衬底间距、打印速度、打印层数等因素对打印成形宽度的影响。结果表明:随着载气流量增大、层数增加,纳米银导电油墨沉积成形宽度增加;在实验参数范围内,载气流量和打印层数对成形线宽影响明显,且呈正相关;线宽随着鞘气流量的增大先减小后增大;喷嘴与衬底间距在1.5~4.5 mm范围内对线宽无明显影响;在喷嘴直径为200μm,鞘气流量为50 mL·min^-1,载气流量为3 mL·min^-1,喷嘴与衬底间距为3 mm,衬底移动速度为3 mm·s^-1,打印层数为6~8层,加热板温度为80℃时,可获得最小宽度为26μm,高度为7μm的均匀线条,这也是纳米银导电油墨喷射打印的最优工艺参数。

微喷射打印二维运动与定位系统设计

微喷射打印是一种应用于生物制造工程等多领域的新型工艺。在介绍微喷射技术原理、微喷射打印装置构成的基础上,设计了二维运动与定位系统,包括定位模块和二维运动模块的结构设计、运动模块的控制路径,可以实现不同形态对象的定位需求,配合微喷射系统实现精确化、可视化的材料喷射或打印操作。

基于BP神经网络的气溶胶喷射3D打印技术质量建模及分析

为了提高气溶胶喷射3D打印质量的稳定性和准确性,建立基于Back Propagation(BP)神经网络的打印质量预测模型.该模型以鞘气流量、载气流量和打印速度为主要参数,并预测气溶胶喷印中的两个重要指标:线条宽度和线条粗糙度.同时,采用了K折交叉验证方法对神经网络模型进行训练,并对网络结构进行了评估.测试结果表明,该模型具有较高的预测精度和稳定性,能够准确地预测线条宽度和线条粗糙度.

黏结剂喷射3D打印工业纯钛TA1的组织与性能研究

目的探究不同类型黏结剂对黏结剂喷射3D打印(BJ3DP)制备TA1的C和O杂质含量、组织、性能的影响,并基于优选的黏结剂通过BJ3DP成形TA1,厘清烧结温度对微观组织、力学性能和电化学腐蚀性能的影响,为BJ3DP制备高性能TA1零件提供参考。方法基于BJ3DP打印技术,使用商用酚醛和2种自研黏结剂打印出纯钛TA1生坯,并将其固化、脱脂,随后分别在1320、1380、1440℃下烧结,对烧结后的样品进行C和O含量检测、扫描电镜测试、单向拉伸测试、电化学腐蚀试验测试。结果采用商用酚醛和SCUT-1黏结剂BJ3DP打印的TA1样品经1320℃烧结后,C和O含量较高且形成了TiC第二相,导致室温脆性较大。采用SCUT-2黏结剂BJ3DP制备TA1烧结态样品的C和O含量较低,质量分数分别为0.038%和0.100%,无第二相形成,并表现出良好的强度-塑性匹配。同时,随烧结温度的提高,基于SCUT-2黏结剂BJ3DP制备的TA1样品的相对密度从91.9%提高至95.4%,促使力学和电化学腐蚀性能同步提升。经1440℃烧结后,BJ3DP制备的纯钛TA1屈服强度为412 MPa、抗拉强度为502 MPa、断后伸长率为19.6%,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀电流密度低至309 nA/cm^(2)。结论SCUT-2黏结剂适用于BJ3DP成形钛及其合金,能够获得杂质含量低且无第二相的组织,提高烧结温度可有效降低孔隙等缺陷,进而获得综合性能优异的BJ3DP零件,且其性能优于粉末注射成形(MIM)制备的TA1的性能。

协同连续布筋增韧喷射3D打印混凝土的抗弯性能

喷射3D打印喷口与受喷面的间距空间可解决3D打印和钢筋协同建造的问题。本工作基于协同连续布筋和喷射3D打印混凝土工艺,提出喷射3D打印微筋混凝土的设计方法,研究了不同微筋直径(0.6、0.8、1.0 mm)和根数(1—4)对喷射3D打印微筋混凝土抗弯性能的影响规律。试验结果表明,微筋可显著提升打印混凝土的抗弯强度和韧性,对比未增强组(D0试样),喷射3D打印微筋混凝土的抗弯强度和弯曲位移分别最高提升了800%和2 076.47%。此外,基于喷射3D打印的高速喷压和逐层打印特性,微筋与喷射混凝土界面粘结密实,进一步保证了喷射3D打印微筋混凝土的抗弯性能和结构整体性。本工作打印了尺寸为1 300 mm (Z)×800 mm (X)×86 mm (Y)的异形火炬结构,验证了喷射3D打印微筋混凝土系统的实用性,为3D打印钢筋混凝土结构的制备及在大尺寸结构中的应用提供了一定的参考。

后处理工艺对粘结剂喷射3D打印316L不锈钢显微组织及力学性能的影响

粘结剂喷射3D打印(Binder jet 3D printing,BJP)作为一种增材制造技术,由于能够以高效率和低成本获得复杂结构材料而具有独特的应用价值。然而,实现高致密、高强度金属材料是BJP的一个难题。通过热重分析、金相组织观察、显微硬度测试、致密度和体积收缩率计算、拉伸曲线测试等手段,探究了后处理工艺对粘结剂喷射3D打印316L不锈钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,在脱脂阶段,当脱脂温度为600℃、保温时间为120 min时,不同高度的样品脱脂率均保持在4.5%~5.0%之间。在烧结阶段,晶粒尺寸随着烧结温度的升高逐渐增大。在1350℃下烧结,其平均晶粒尺寸为47.27μm。当烧结温度升高到1400℃时,晶粒尺寸增大到51.26μm,且随着烧结保温时间从1 h延长到3 h,晶粒尺寸增大到69.78μm。相应地,316L不锈钢烧结后的致密度从92.20%提高到98.39%,但烧结时间的延长并未提高样品的致密度,这归因于烧结气氛氩气在316L不锈钢中不溶解,当它被困在孔隙中时,压力的增加限制了致密化过程。烧结温度越高,样品强度越高,当样品在1400℃下烧结1 h时,其力学性能最好,此时抗拉强度为536.85 MPa,延伸率为73.74%,继续延长保温时间会由于晶粒尺寸增大以及第二相的增加而使得力学性能降低。

基于气溶胶喷射打印技术制备稀土发光纤维

采用气溶胶喷射打印技术(AJP)制成Y_(2)O_(3)∶Tb^(3+)发光纤维,研究不同Tb离子的掺杂浓度与纤维发光性能之间的关系。通过X射线衍射(XRD)、荧光光谱对纤维表面发光涂层的物相及发光性能进行了表征,确定Tb离子的最佳掺杂浓度为1%。在制备完单根纤维后,通过编织排列等手段,制备得到了纺织品的雏形,本实验为柔性发光器件提供了一种新的思路。

热处理工艺对黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢微观组织与性能的影响

目的探究热处理工艺对黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢样品微观组织、力学性能及电化学腐蚀性能的影响规律,为BJ3DP技术制备综合性能良好的17−4PH不锈钢零件提供参考。方法基于黏结剂喷射3D打印技术制备17−4PH不锈钢生坯,并将其固化、脱脂、烧结,得到烧结态样品,然后对烧结态样品进行热处理,热处理工艺为在1040℃固溶热处理2 h,随后分别在410、480、550℃下热处理3 h后空冷至室温。对烧结态和热处理态样品进行金相试验、单向拉伸试验以及电化学腐蚀试验。结果经热处理后,试样在480℃时效热处理3 h时力学性能提升最为显著,其屈服强度由608 MPa提升至806 MPa,抗拉强度由1159 MPa提升至1245 MPa,伸长率由3.6%提升至13.6%。当时效热处理温度提升至550℃时,由于沉淀相的粗化,其力学性能有所下降;同时,电化学腐蚀性能中腐蚀电流密度(Jcorr)减小,腐蚀电位(Ecorr)增大,电荷转移电阻(Rct)增大,出现明显的钝化区。结论黏结剂喷射3D打印17−4PH不锈钢经热处理后力学性能得到提升,试样在480℃时效热处理3 h时力学性能提升最为显著,优于商用热轧17−4PH不锈钢,电化学腐蚀性能与商用热轧17−4PH不锈钢电化学腐蚀性能水平相当。

基于EHD微尺度3D打印喷射机理与规律研究

基于电流体动力学(EHD)微尺度3D打印(电流体动力喷射打印或电喷印)的成形机理复杂,成形影响因素较多,首先对泰勒锥的受力状况进行了理论分析,然后用有限元数值模拟和实验方法进行验证,探索了该微尺度3D打印方法的喷射机理,并揭示了电压、压力对锥射流喷射性能的影响规律。结果表明,电压越大,锥形越短;入口压力越大,锥形越长,同时也表明了在一定的电压和气压范围内喷印均可以正常进行,而不是特定的电压或气压,从而可以通过调节电压和气压改善锥射流及喷印质量。用光固化树脂材料进行的喷印实例中获得了较好的喷印质量。