光固化3D打印SiC:粉体氧化处理提升浆料UV固化性能

为了进行碳化硅(SiC)的光固化3D打印,本文提出采用表面氧化处理提升SiC浆料的光固化性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱等研究了SiC颗粒的氧化过程以及氧化温度与保温时间对氧化过程的影响;采用动态流变仪、紫外分光光度计、数字千分尺等研究了浆料的流变性能和光固化性能。结果表明:经表面氧化处理后的SiC颗粒紫外反射率有显著的提高,最高为48.11%,为未氧化SiC颗粒的1.8倍;配制的浆料光固化性能有明显的改善,曝光5 s时固化厚度最高为76μm,为未氧化的3.6倍。随着氧化温度的上升以及保温时间的延长,氧化层厚度持续增长,最高达到144.8 nm。考虑到过度氧化不利于后续SiC陶瓷的烧结成型,最终选择使用1100℃保温3.0 h的氧化SiC粉末,并以1%(质量分数)的KOS163为SiC浆料的分散剂,制备了固含量为45%(体积分数)的SiC浆料,成功实现了SiC陶瓷坯体的光固化3D打印。

氮化硅陶瓷光固化3D打印成形研究进展

与其他增材制造技术相比,光固化3D打印成形技术制备结构复杂、致密度高、表面精度高的陶瓷具有独特的优势,并逐步成为陶瓷增材制造领域的研究热点。然而,氮化硅陶瓷的高折射率和高吸光度等特征导致光固化成形困难,限制了其发展和应用。本文分别从光固化氮化硅陶瓷的浆料流变性能以及固化性能进行分析,总结归纳出氮化硅浆料在流变性能和固化性能方面面临的问题,进一步汇总了提升氮化硅陶瓷浆料光固化性能的研究工作,并对粉体改性、调控树脂组成等几种方法进行分析与探讨。最后,对氮化硅陶瓷光固化3D打印的未来发展趋势和方向进行了详细阐述。

基于光固化3D打印技术的陶瓷快速成形研究进展

光固化3D打印技术作为一种新型的陶瓷增材制造技术,为陶瓷零件的制备提供了新的方法,可以制备出高精度、高表面光洁度的复杂形状陶瓷零部件,已经受到了国内外广泛的关注。笔者主要介绍了光固化3D打印陶瓷技术的基本原理和发展现状,详细介绍了光固化3D打印技术在氧化铝、氧化锆和氮化硅的陶瓷材料领域的应用现状,并对今后陶瓷材料光固化3D打印技术的发展进行了展望。

粉体特性对光固化3D打印陶瓷浆料性质影响的研究进展

陶瓷材料因力学性能优异、化学稳定性好而被广泛应用,但其硬度高,脆性大,使陶瓷构件的成型与加工存在挑战。传统陶瓷成型技术已无法满足复杂精密陶瓷的生产需求。近年来陶瓷增材制造技术发展迅猛,光固化3D打印凭借打印速度快、成型精度高、生坯表面光滑等独特优势脱颖而出。作为光固化技术的原料,陶瓷浆料的性质严重影响成型质量。高质量光固化浆料应具有高固含量、低粘度、抗沉降的特点。由于光固化浆料的组成成分多样,影响陶瓷浆料性质的因素众多,如何获取最佳光固化浆料配方一直是一个难点。针对上述问题,本文在简述光固化3D打印技术原理及陶瓷浆料制备原则的基础上,从陶瓷粉体的性质出发,重点介绍了陶瓷粉体性质、粒径分布及级配设计对浆料流变性、稳定性以及光聚合性能影响的研究进展,并对光固化3D打印浆料制备中的陶瓷原料优化方法进行了总结与展望,为研究者从陶瓷原料选择与设计角度改善光固化浆料性质提供参考。

光固化3D打印技术及材料在口腔医疗领域的应用研究进展

近年来,随着科技的飞速发展,光固化3D打印技术因其高精度与高效率,正迅速在口腔医疗领域普及。介绍了光固化3D打印技术及材料在口腔医疗领域的最新应用研究进展,从工艺和材料两个角度,分别阐述了该技术在口腔修复与种植领域、口腔正畸领域、口腔颌面外科领域及口腔组织工程领域等方面的应用实例。对光固化3D打印技术存在的问题进行了分析,最后指出未来研究应聚焦于光固化3D打印材料创新以优化生物安全性与功能性,并探索更高效的打印策略以降低成本,推动口腔医疗向更加精准、高效、个性化的方向发展。

毛竹热解油改性光敏树脂光固化3D打印优化研究

光敏树脂是光固化3D打印的重要原材料,但是目前大多来源于不可再生的石化资源且成本较高,亟待开发绿色低成本的光敏树脂新材料并优化其3D打印工艺。本研究以毛竹(Phyllostachys edulis)热解油为原料来合成生物油改性聚氨酯丙烯酸酯(bio-oil polyurethane acrylate,BPUA)光敏树脂,优化分析得到BPUA树脂光固化3D打印参数为:曝光时间5 s、切片层厚0.05 mm、底层数7层,经紫外光处理后拉伸强度达到21.94 MPa,断裂伸长率17.55%,硬度76.6 HD;采用优化参数成功打印多个平面和三维结构模型,微观形貌和化学结构分析表明打印试件具有较高的尺寸精度和良好的表面质量。

基于DLP光固化的3D打印工艺及性能研究

针对光固化增材制造高效率、高精度的生产需求,开展了基于数字光处理(digital light processing,DLP)3D打印技术的工艺及性能研究,研究了DLP光固化3D打印的设备工作原理、光敏树脂成型机制和工艺设计流程,并对光敏树脂的黏度性能以及成型制件的机械性能进行了试验分析,进一步分析了其在DLP光固化3D打印过程中的作用机制,以期为DLP面曝光3D打印的设备研发、工艺优化及快速制造等提供理论基础。

面向异形件快速成型的光固化3D打印机数字孪生监控系统设计

为提高包装机研发生产中异形件的制造效率,设计一种光固化3D打印机数字孪生监控系统,可有效保证光固化3D打印机生产异形件的质量。通过Unity3D构建虚拟机,Arduino开发板构建交互设备,以串口通讯方式实现虚拟机和实体机的连接。系统运行稳定,可实现光固化3D打印机运行状态的监控,以及打印层厚、成型平台姿态等关键数据的监测等功能。试验表明,打印层厚监测精度达0.01 mm,成型平台姿态监测精度达0.001°,在打印机正常工作时,将包装机收膜辊轮的生产时间缩短至3.5 h。研究为包装机的快速研发制造提供一定的理论基础和新的解决方案。

壳聚糖基光敏水凝胶在光固化3D打印中的应用

壳聚糖是一种生物可降解和生物相容的天然聚合物,在医疗和环境工程等领域有着广泛应用。结合光固化技术,壳聚糖基光敏水凝胶可以开发用于3D打印,利用紫外光快速固化,以形成精确控制的复杂结构。文章描述了光固化3D打印过程中壳聚糖的选择和预处理方法,适当的光敏剂的选择,以及3D打印设备的调整和打印参数的优化,探讨了壳聚糖基光敏水凝胶的物理和化学性质,并通过光谱分析研究其光敏反应。这些研究成果不仅展示了壳聚糖基水凝胶在3D打印中的应用潜力,也为制造个性化医疗设备和先进材料研究开辟了新的可能性。

绿色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷饰品材料的光固化3D打印成形研究

彩色氧化锆(ZrO_(2))陶瓷以其丰富的色彩,金属光泽以及优良生物亲和性等特点,在装饰材料以及艺术品领域得到了广泛关注。受限于氧化锆陶瓷的高强度和高硬度,复杂结构陶瓷饰品对模具要求高,成本高周期长,不利于个性化定制。激光立体光刻(SLA)作为一种无需模具的高精度3D打印技术,在复杂结构设计的个性化陶瓷饰品制造上极具潜力。然而该技术在打印高吸光度、高折射率彩色氧化锆材料方面还存在很多挑战,主要在于深色氧化锆的紫外光吸收性以及高折射率导致的光散射,进而造成固化层厚度小,容易分层甚至难以成形。本文基于SLA技术,以绿色氧化锆为研究对象,在绿色氧化锆光固化陶瓷浆料中引入低折射率SiO_(2)作为紫外光传导介质,降低陶瓷浆料固液界面折射率差值以减少散射,增强紫外光透射,并通过流变力学、光固化动力学、物相结构、致色机理、力学性能等分析,优化打印成形工艺与脱脂烧结工艺,最终确定以15 vol.%SiO_(2)掺入的绿色氧化锆色彩与力学综合性能表现较好。综上,通过在绿色氧化锆陶瓷浆料中加入15 vol.%SiO_(2),在1450℃下烧结可以制备出色彩饱满,力学性能良好的复杂结构陶瓷饰品,满足绿色氧化锆陶瓷首饰在穿戴过程中的审美要求和实用性需求,并为彩色氧化锆陶瓷3D打印成形提供了新思路。

光固化3D打印技术在汽车发动机罩中的应用

3D打印技术目前已经进入了蓬勃发展的时期,以3D打印技术为代表的快速成形技术被认为是带来新一轮工业革命的关键。与传统工业采用模具、车床等加工方法对原料进行定型、切割并制作成型不同,3D打印经过对材质处理和逐层堆叠完成制作,大大降低了制作的复杂度。通过对各3D打印技术材料、使用方法及使用成本等因素,采用光固化3D打印技术进行汽车发动机罩模型快速制作,将汽车发动机罩数字模型导入至切片软件中进行相关前处理工作,并在打印完成后进行相关后处理工作,实现汽车发动机罩从数字模型到实体的快速生产技术,在数小时至数日内生产出概念模型,进而协助整车厂和汽车零部件制造商对汽车发动机罩进行性能、结构、设计检查并进行二次修正,从而加快汽车发动机罩设计的验证过程。通过多种多样不同的材质种类,不同的机械性能以及复杂的功能性原型设计,使得汽车生产商在前期就能够及时地纠正问题和进行产品设计,将错误的成本最低化。减少了汽车发动机罩的生产成本和时间。因此,光固化3D打印技术在汽车制造业从生产力、成品验证过程、工作效率和产品质量上都起到了十分紧密的作用。

基于椅旁设计和3D打印的数字化栅栏式微种植钉导板的应用研究

目的:评价通过椅旁设计和3D打印制作的数字化栅栏式微种植钉导板在微种植钉植入术中的应用效果。方法:选取需行微种植钉植入的患者15例,术前拍摄口腔颌面部锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT),使用数字化口内扫描仪获得口扫图像,应用3Shape Dental System软件将两者图像拟合后设计导环。导环文件和口扫图像导入Plasty CAD软件,完成栅栏式导板设计。使用椅旁3D打印设备打印导板,光固化后打磨抛光和试戴。在导板引导下植入微种植钉30颗。拍摄术后CBCT,与术前CBCT图像拟合,测量微种植钉实际植入与设计植入的偏差,包括角度偏差和位置偏差,进行精确度分析。测量实际植入的微种植钉与天然牙根的最小间距,评价植入安全性。观察微种植钉植入术后3个月内的固位情况,评价其稳定性。结果:数字化栅栏式导板引导下微种植钉实际植入与设计植入的角度偏差值为(1.25±3.41)°,微种植钉颈部、根部位置与设计植入的偏差值分别为(0.17±0.46)mm、(0.13±0.41)mm,两者比较差异无统计学意义(P>0.05)。30颗微种植钉与牙根均无接触,安全性Ⅰ级占86.67%,Ⅱ级占13.33%,无Ⅲ级病例。术后3个月内微种植钉均无松动记录,稳固率为100%。结论:数字化栅栏式微种植钉导板能有效提升植入的精确度、安全性和稳定性,椅旁设计和3D打印的制作方式便捷可靠,缩短了治疗周期,具有重要的应用价值。

3D打印硬质合金:光固化打印前驱体间接制备

为了实现3D打印硬质合金的目的,本文提出了一种基于光固化3D打印硬质合金的方法,即以钨盐和钴盐为原料,并借助光辐照聚合,光固化打印硬质合金前驱体坯体,再通过后处理—高温还原/碳化并烧结致密化为硬质合金。采用流变仪、紫外分光光度计、同步热分析仪和XRD衍射仪等研究了墨水的紫外流变性能和稳定性,分析了前驱体的转变过程,探究了钨盐/有机物摩尔比对高温后处理产物的影响规律,最终获得了蜂窝结构的3D打印硬质合金部件。结果表明:优化的墨水配方中,当水/丙烯酸质量比为2.5、偏钨酸铵溶解度为100%以下时,TPO和PEGDA的加入量为溶剂质量的2%。在高温后处理过程中,3D打印硬质合金前驱体内的盐和有机物发生分解、还原和碳化等一系列反应。偏钨酸铵首先分解为氧化钨,再在氢气气氛下被还原为纯钨,然后与有机物分解产生的碳源依次发生碳化反应,转化为W2C和WC。当钨盐/有机物摩尔比低于0.85时,高温后处理产物为纯WC相。最终获得3D打印蜂窝结构的硬质合金,此合金结构完整、表面光滑,主要物相为WC和Co。

基于投影式光固化的高精度生物3D打印策略综述

【目的】探讨投影式光固化3D打印(projection-based 3D printing,PBP)在打印生物材料时影响打印精度的因素,研究高精度生物3D打印策略。【方法】分析生物材料相比于传统聚合物的不同特性。结合PBP技术的特点,从材料体系、打印工艺、曝光参数和设备开发4个方面探讨并总结提高打印精度的方法。【结果】明确了生物材料打印精度不佳的主要因素,总结了可行的高精度生物3D打印策略。【结论】生物3D打印的精度上限取决于光学精度,然而还有诸多因素共同决定了其精度下限,例如曝光参数、打印工艺、材料体系和光学系统畸变等,因此,综合考虑这些因素对实现高精度生物3D打印至关重要。

三维微流控芯片的挤出式3D打印工艺

微流控芯片技术在疾病模型、药物筛选和个性化医疗领域显示出巨大的应用潜力。针对传统二维微流控芯片在模拟复杂生物环境方面存在局限性的问题,开发了一种新型的适用于挤出式3D打印的高分子共混材料,该混合材料由聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)和聚乙二醇(PEG)组成。测试了PLCL和PEG质量比分别为7∶3、6∶4、5∶5的三种混合材料的流变性能,筛选最佳配比材料,优化打印工艺参数,实现了复杂三维结构的高精度打印,并且打印件具备明显的抗塌陷能力和飞线断丝的可控性。提出了一种创新的微流控芯片分区设计与打印方法,将芯片结构分为4个区域并单独优化打印轨迹,有效减少了悬空结构产生的塌陷。实验结果显示,PLCL和PEG质量比为7∶3的混合材料具有良好的可打印性能,在3 mm/s的打印速度、20 mm/s的飞线速度下,成功实现了无需溶芯材料的三维微流控芯片的打印,微通道截面显示了良好的形状。细胞实验显示,PLCL/PEG材料支架对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)具有良好的细胞相容性,并且具有调节巨噬细胞极化、促进M2型表型形成的能力,显示了其在抗炎和免疫调节方面的功能。研究结果为微流控芯片的制造提供了新的材料和制备技术,拓展了3D打印在生物医学领域的应用范围,并为未来器官芯片技术的临床转化提供了实验基础。

可拆卸式3D打印模型在翼腭管解剖教学中的应用研究

目的探讨可拆卸式3D打印模型在翼腭管及翼腭窝解剖教学中的应用效果。方法选取2020级昆明医科大学口腔医学专业学生40名,采用简单随机法将其分为对照组和观察组,每组20名。观察组采用可拆卸式3D打印模型进行授课,对照组采用传统幻灯片和实物模型进行授课,比较2组考核成绩,并采用问卷对观察组进行教学效果调查。结果观察组考核评分为(8.01±0.97)分,高于对照组的(6.42±0.53)分,二者比较,差异有统计学意义(P<0.05)。学生对可拆卸式3D打印模型认可度较高。结论可拆卸式3D打印模型可帮助学生更好地了解翼腭管和翼腭窝解剖结构,提高学生学习兴趣和效率。

面向光固化3D打印陶瓷构件的光敏树脂体系研究

光敏树脂是光固化3D打印的材料基础,也是光固化3D打印陶瓷的成型媒介。光敏树脂体系影响光固化3D打印陶瓷构件成型过程的收缩率与脱脂过程的应力,本文设计了含环状结构的单官能度树脂、三官能度树脂及引入预聚物及稀释剂的多组分树脂三个树脂体系,测试了三个树脂体系的收缩率,研究表明引入预聚物及稀释剂的树脂体系具有最低的固化收缩率,有效缓解了因固化反应收缩造成的3D打印氧化铝陶瓷素坯开裂的问题。采用热失重分析和热处理实验研究了三个树脂体系的热分解行为,多组分树脂体系具有分阶段热解的特性,采用该树脂体系制备了光敏性氧化铝浆料,优化了光固化打印参数及脱脂气氛,3D打印厚壁实心(12 mm×12 mm×12 mm)样件与大尺寸(?80 mm×50 mm)的氧化铝陶瓷素坯脱脂后均无裂纹等缺陷。

直写式3D打印碳纤维/碳化硅陶瓷性能优化

在陶瓷制备过程中,烧结工艺至关重要,不仅影响陶瓷的显微组织结构,而且决定着陶瓷的力学性能。因此,为提升碳化硅/碳纤维陶瓷样品的性能,优化烧结工艺。采用直写式3D打印的方式,以碳纤维/碳化硅为打印材料,通过三同轴喷嘴挤出打印,以4种不同的烧结工艺烧结打印的碳纤维/碳化硅陶瓷样品,分析不同烧结工艺对碳纤维/碳化硅陶瓷样品,组织和性能的影响。结果表明:经烧结工艺3,即浸渍液聚碳硅烷与二甲苯的比例为2∶3、以10℃·min^(-1)的升温速率达到烧结温度,烧结后的碳纤维/碳化硅陶瓷样品的组织和性能最好,其致密度可达到95.5%,抗弯强度可达到156 MPa。

BIM技术+3D打印技术融合于装配式建筑的机制研究

BIM技术、3D打印技术、装配式建筑是目前建筑业的三大研究热点,其中与传统建筑联系最紧密的当属装配式建筑,是传统建筑面临新时代做出的第一反应,发展到现在其距离完全装配化,制造化尚有距离。而BIM技术作为建筑业的信息承载平台,不仅在设计和优化阶段产生作用,其设计和优化阶段确定的信息可以服务于建筑的整个生命周期,但针对于各种用途开发出来的对应插件却逐渐使BIM平台愈发复杂,不利于BIM技术的可持续发展。3D打印技术对于建筑业属于舶来品,虽然在建筑业的发展时间尚短,但丝毫不影响其给建筑业带来的巨大影响。目前,单一技术的发展已呈现瓶颈,该文将三大技术融合考虑,以装配式建筑的现有模式为主体,以BIM技术作为装配式建筑的信息平台,以3D打印技术为装配式建筑的技术基础,推动建筑业的彻底转型,提高现有建筑的装配率,推动建筑业向制造业转化,农民工向产业工人转化提供一种研究思路。

直写式3D打印NdFeB永磁体工艺研究

针对钕铁硼脆性大、价格昂贵、不易切削加工的问题,提出了采用直写式3D打印方法制备钕铁硼。研究固含量及油酸分散剂对3D打印墨水的影响,发现墨水为90%磁粉,0.05mL油酸的黏度和稳定性最好。对挤出压力及打印速度进行研究,发现挤出压力为1kg/cm2,打印速度为30mm/s,打印的坯体成型较好,线条粗细均匀,长时间放置下未变形坍塌,成功制备出多种形状的钕铁硼磁体。研究发现120℃固化5h后的3D打印钕铁硼磁体依然保持较高磁性能。本文为低温制备复杂形状钕铁硼提供新途径,具有广泛的应用前景。