挤出式3D打印工艺制备WC-10Co硬质合金的显微结构与力学性能

传统方法制备复杂构件的硬质合金产品难度大,成本高,影响了硬质合金的持续发展。采用挤出式3D打印成形硬质合金打印样,经溶剂脱脂、热脱脂和气压烧结制备WC-10Co硬质合金样品,研究打印参数、脱脂工艺和烧结温度对样品的显微组织与力学性能的影响。结果表明,采用不同的喷嘴尺寸,可调节打印样的表面粗糙度与尺寸精度,使用溶剂-热脱脂两步法脱脂后脱脂坯形状与尺寸稳定,烧结后该合金的组织分布均匀,在1450℃烧结后合金硬度为87.3 HRA,抗弯强度超过3500 MPa,性能媲美常规粉末冶金方法制备的合金。

挤出式3D打印支撑结构研究

从FDM等挤出式3D打印机的工作原理出发,分析构建打印支撑结构的必要性。通过研究挤出式3D打印机的结构和现有的打印支撑类型来探讨挤出式3D打印机的支撑结构的发展。

双基发射药挤出式3D打印技术

为了研制复杂几何形状的发射药,采用双基发射药挤出式3D打印工艺,通过螺杆挤出式发射药3D打印机打印出方形、车轮形、星孔形和花边七孔双基发射药,对打印发射药的表面结构、尺寸均匀性、密度和力学性能进行表征。结果表明,打印发射药的表面较光滑、无明显瑕疵;花边七孔发射药的尺寸均匀性达到传统方式制备发射药的标准,车轮形发射药弧厚的尺寸均匀性较好,标准偏差为0.026 mm,相对标准偏差为0.92%;方形发射药的密度较高(1.567 g·cm^(-3)),其他发射药的密度为1.549~1.559 g·cm^(-3);打印填充路径为同心线(填充线方向与拉伸方向平行)和直线(填充线方向与拉伸方向垂直)的发射药试样的拉伸强度分别为14.467 MPa和10.789 MPa,前者与传统方式制备的发射药拉伸强度相当。实现具有弧度和角度的多种几何形状发射药的良好打印为复杂几何形状发射药的制备提供了基础。

水溶性氧化钙陶瓷型芯的挤出式3D打印参数优化与表面精度控制研究

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参数进行四因素三水平正交试验,通过对不同工艺参数的3D打印成型坯体进行表面粗糙度测量与统计,采用极差分析确定各个打印参数对坯体表面质量影响的主次顺序,并得到挤出式3D打印氧化钙陶瓷型芯的最优打印参数。结果表明,内部填充方向对型芯坯体表面成形质量有显著的影响,当内部填充方向与外轮廓呈45°和90°时,内部填充浆料与外轮廓层有较多的拐点,拐点处的成形方向发生突变,进而造成挤出压力方向发生突变并作用于外轮廓层,外轮廓层变得凹凸不平,层层堆积成形的坯体表面粗糙度较大、表面质量较差。当针头内径为0.41 mm、层高/内径比值为70%、打印速度为20 mm/s、内部填充方向与外轮廓层平行时,坯体表面粗糙度最小,型芯坯体表面质量最好。通过增加外轮廓层数来可以有效地减小甚至消除填充方向对坯体表面粗糙度的影响,当外轮廓增加至两层时型芯坯体表面粗糙度降低了近22%,这对水溶性陶瓷型芯的快速精确成形具有重要意义。

浆料挤出式陶瓷3D打印工艺参数及打印件结构角度研究

针对挤出式陶瓷3D打印用于制备铸造型壳,分析了不同层高下浆料的挤出与堆积情况。通过3D打印试验,对比研究了挤出口内径、层高和打印速度对打印过程及打印质量的影响,获得了合适的工艺参数值;对比研究了不同的空间倾斜角度、打印平面内的角度下打印件的质量,获得了打印件的空间最大倾斜角度和打印平面内的最小角度。结果表明,合适的工艺参数为挤出口内径0.6~0.8 mm,层高0.6 mm左右,打印速度20 mm/s;打印件的内、外最大倾斜角度为40°,打印平面内的最小角度为30°。

GelMA/LPN/MC水凝胶的挤出式3D打印工艺与性能研究

挤出式3D打印水凝胶用于组织修复是近年的研究热点。然而,高形状保真度的水凝胶打印过程仍然离不开复杂的交联策略,这大大增加了打印难度,限制了水凝胶材料在组织工程领域的应用。制备一种室温下可打印水凝胶,其打印过程不需要任何辅助交联便可实现高保真度打印。水凝胶由甲基丙烯酰胺酯化明胶(Gelatin methacrylate,GelMA),纳米黏土(Laponite XLG,LPN)和甲基纤维素(Methylcellulose,MC)组成。通过挤出测试筛选出适合打印的复合材料配比,打印工艺试验分析了挤出速度、喷头移动速度对出丝连续性和微丝线宽的影响。当喷头内径为400μm时,GelMA/LPN/MC水凝胶实现顺畅出丝(φ400~600μm)的条件为挤出速度在8.6~13 mm/h,喷头移动速度在6~10 mm/s。流变结果表明LPN和MC的加入赋予了材料优异的剪切稀化特性,使其具备室温下打印并维持结构稳定的性能。压缩结果表明改变交联时间,GelMA/LPN/MC水凝胶的压缩模量提高5倍,压缩强度提高3倍。细胞试验显示GelMA/LPN/MC水凝胶具有良好的生物相容性。

GelMA复合凝胶的挤出式3D打印工艺及其性能研究

甲基丙烯酸酐明胶(Methacrylated gelatin,Gel MA)是具有光敏官能团的改性明胶,有良好的生物相容性,广泛用于构建皮肤、神经等软组织支架。然而,光照交联单一成分的GelMA,其力学性能和结构维持性较差,难以通过挤出3D打印成形生物支架。提出一种适用于挤出式打印且力学性能增强的GelMA复合凝胶,其主要成分为GelMA、明胶和海藻酸钠。黏度测试试验筛选出适合挤出3D打印的复合材料配比,3D打印工艺试验研究和分析了打印气压、喷头移动速度、喷头高度、光照条件对挤出连续性和微丝直径的影响。当喷头内径为200μm时,GelMA复合凝胶实现顺畅出丝(φ293~1211μm)的条件为气压在0.05~0.25 MPa,打印速度为1~15 mm/s,喷头高度为200~600μm,光照强度为70~272.56 mW/cm^2。拉伸试验表明光照交联后,复合凝胶较之同浓度Gel MA(5%,w/v)的弹性模量提高近1倍,伸长率保持一致。细胞培养试验显示GelMA复合凝胶具有良好的生物相容性,包埋在其内部的人真皮成纤维细胞培养至第7天时存活率达85%。

铸造用水溶性氧化钙陶瓷型芯3D打印工艺响应面优化研究

针对复杂内腔精密铸件用氧化钙陶瓷型芯,研究基于浆料挤出的陶瓷型芯3D打印工艺。采用碳酸钙粉末与聚乙二醇溶液混制陶瓷浆料,通过自制挤出式3D打印装置进行陶瓷坯体制备,再经过烧结工艺得到铸造用陶瓷型芯。以坯体表面粗糙度为衡量指标,基于响应面法以针头内径、层高/内径和打印速度进行三因素三水平Box-Behnken试验。采用逐步回归法拟合得到表面精度回归模型,通过方差分析得出最优工艺方案。结果表明,针头内径是影响陶瓷型芯坯体精度的主要因素。最优3D打印工艺参数为针头内径0.41 mm、层高与针头内径之比0.75、打印速率29.87 mm/s,此时陶瓷型芯坯体表面粗糙度为35.39μm。

用于PDMS成型的3D打印技术应用研究进展

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种具有良好的生物相容性和一定光学透明性的弹性材料。随着3D打印技术的发展,PDMS在医学领域中显示出巨大的应用前景。相对于间接3D打印,直接3D打印PDMS在医学领域中受到更广泛的关注。最常用于PDMS成型的直接3D打印技术包括挤出式3D打印技术、嵌入式3D打印技术和光固化3D打印技术。本综述简要介绍了PDMS的特性及其在医学领域中的应用;详细阐述了PDMS成型过程中常用的直接3D打印技术;最后对PDMS未来在医学领域中的应用提出展望。

挤出固化式3D打印水泥类材料流变性能研究综述

3D打印材料的流变性能可以贴切地表征其工作性能,流变-可打印性能可以量化可打印性能指标。对挤出固化式3D打印进行了流变学分析,并就其使用的水泥基和地聚合物打印材料的流变-可打印性能、流变性能影响因素2个方面对国内外研究进行了综述分析。

层高对陶瓷浆料微流挤出成形质量的影响研究

为了确定微流挤出成形陶瓷浆料的最佳层高以及能够成形的最大高度,针对氧化锆陶瓷浆料,分析了丝体从喷头挤出后喷头与沉积丝体之间的5种高度关系,探讨了层高对打印质量的影响机理,并根据浆料特性建立了层间压缩形变模型;通过不同喷头直径和不同层高的3D打印工艺实验,采用数码显微镜扫描、尺寸测量及力学实验等方法对打印试样的表面形貌、成形精度及力学性能等进行了测量与表征,验证了所建模型的正确性。结果表明,当层高与喷头直径的比值分别为0.96、0.92、0.86、1、1.2时,打印质量从优到劣依次递减,因此,合理的层高设置可以减少陶瓷零件的打印缺陷,提高打印质量,为基于材料挤出工艺的参数选择提供一定的理论指导。

壳聚糖/聚乳酸/羟基磷灰石/聚乙烯醇复合材料骨支架的制备及表征

背景:制备可降解材料骨组织工程支架,应用于修复骨肉瘤造成的骨缺损是当前骨组织工程研究热点。目的:确定壳聚糖/聚乳酸/羟基磷灰石/聚乙烯醇复合材料的配比,优化骨支架力学性能。方法:基于挤出式3D打印技术制备壳聚糖/聚乳酸/羟基磷灰石/聚乙烯醇骨支架,以最大抗压强度为评价指标,设计正交实验,以乙酸浓度(1.5%,2%,2.5%,3%)、壳聚糖溶液浓度(2%,3%,4%,5%)、羟基磷灰石∶聚乳酸质量比(1∶5,1∶6,1∶7,1∶8)、羟基磷灰石/聚乳酸∶壳聚糖溶液∶聚乙烯醇凝胶质量体积比(1 g∶1 g∶0 mL,2 g∶1 g∶1 mL,2 g∶1 g∶1.2 mL,2 g∶1 g∶1.4 mL)四因素为自变量,得到最佳材料配比。表征最佳配比复合材料的力学性能、物相组成与结合方式、孔隙率与降解性能。结果与结论:①正交实验结果显示,乙酸浓度为3%、壳聚糖溶液浓度为5%、羟基磷灰石∶聚乳酸质量比=1∶6、羟基磷灰石/聚乳酸∶壳聚糖溶液∶聚乙烯醇凝胶=2 g∶1 g∶1.4 mL时,复合材料具有良好的力学性能;②最佳配比复合材料支架具有良好的连通性,孔隙率为(52.0±1.5)%,最大抗压强度达6 MPa,X-射线衍射扫描及傅里叶红外光谱测试结果显示,复合材料的主要结合方式为物理共混;复合材料支架具有一定的降解性能,但在测试时间内失重率较低,降解性能有待进一步提高;③结果表明,壳聚糖/聚乳酸/羟基磷灰石/聚乙烯醇复合材料支架具有较高的孔隙率和良好的力学性能。