基于随机游走麻雀搜索算法的多特征结构尺寸熔融沉积成型工艺参数优化

在熔融沉积成型过程中,打印参数对成型样件精度有着重要影响.为了提高整体尺寸精度,采用随机游走的麻雀算法获得最优实验方案.首先,以熔融沉积成型的分层厚度、喷头温度、打印速度和填充率为实验变量设计4因素4水平的正交试验;然后,以样件不同特征结构尺寸的相对误差为优化对象,使用田口-灰色关联法对实验数据进行处理;最后,通过随机游走的麻雀算法计算最优参数方案.结果表明,相比常用的田口-灰色关联法,采用优化后工艺参数成型样件的综合尺寸精度提高了20%,灰色关联度提高了27%.

熔融沉积3D打印参数对PETG-Tough薄壁不同角度尺寸精度的影响

以熔融沉积成型(FDM)3D打印的聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯薄壁制件的不同倾角度数的尺寸精度作为研究对象设计正交试验,研究层高、挤出温度、回抽距离对FDM 3D打印不同倾角度数尺寸精度的影响,并使用极差分析与方差分析对结果数据进行处理,得到最优的参数组合。结果表明,挤出温度与回抽距离的变化对尺寸误差的影响很小,层高对不同倾角的影响规律不同:对25°、30°倾角,尺寸误差呈先降低后增大的趋势;对35°倾角,尺寸误差呈先略微增大后降低的趋势;对40°及以上的倾角,尺寸误差呈增大趋势。最后通过试验结果分析了单因素不同水平对不同倾角尺寸精度的影响,得出挤出压力、悬垂距离、材料黏度和走线方式是产生尺寸误差的主要原因。

木质素熔融沉积式3D打印的分子结构-流变学响应关系研究进展

木质素作为自然界储量最大的可再生芳香族生物质资源,开发其高值化加工利用技术是林业生物质产业转型升级的重要途径。近年来,基于3D打印技术制备高性能木质素基复合材料的研究发展迅速。木质素的3D打印可快速、高效构建具有特定功能特性的复合材料,且可灵活调控木质素基复合材料的宏观、微观结构,以使其满足能量传输、药物递送和个性化医疗等需求。然而,由于木质素分子结构复杂多变、分子量分布宽、脆性大等特点,木质素的分子结构-流变学响应关系仍缺乏系统研究,限制了木质素基复合材料的进一步开发和应用。本文基于近年来木质素熔融沉积式3D打印的发展现状,系统总结了木质素分子结构与其熔融流变学的响应关系。首先介绍了木质素的分子结构特性和熔融沉积式3D打印技术,然后重点对比分析了不同木质素分子结构、木质素与热塑性高聚物的共混对其熔融流变学特性和打印性的影响,最后总结了木质素熔融沉积式3D打印面临的挑战,并对木质素熔融沉积式3D打印的发展方向进行了展望,通过更好地理解木质素熔融流变学的构-效关系,促进木质素的高值化利用。

熔融沉积3D打印技术制备对乙酰氨基酚缓释片及其制剂学评价

目的 基于熔融沉积成型技术制备对乙酰氨基酚(APAP)片并进行质量评价,为该技术应用于对乙酰氨基酚片剂的3D打印提供试验依据。方法 利用热熔挤出技术熔融沉积成型3D打印技术制备成型片剂。筛选过程中以片剂打印的完整性及体外释放累积百分率确定辅料的用量,最后以正交设计确定最优处方及工艺参数,并对所制备片剂的性能进行评价。结果 最终确定最佳处方为APAP∶塑化乙基纤维素∶羟丙基甲基纤维素∶柠檬酸三乙酯=25∶50∶25∶10,打印温度为160℃。该片剂的6 h累计释放率约为50%,24 h内体外释放度达90%以上。结论 成功制得对乙酰氨基酚片,所得产品外表完整,层间叠加较平整,体外释放较上市对乙酰氨基酚片剂缓慢,药物活性分子在试验温度下含量稳定。

FDM熔融沉积打印外轮廓收缩率试验研究

基于进一步提高FDM熔融沉积成型精度的问题,采用试验研究的方法,使用直径1.75mm的PLA丝材,利用50mm×50mm×2mm的薄板模型分析并建立了熔融沉积3D打印外轮廓的移动路径与丝材收缩模型,计算出了在分层厚度0.2mm、打印温度210℃、填充料25%的工艺参数下,该材料熔融沉积成型的平均收缩率为0.5047%。最后,通过验证试验,验证了平均收缩率的可行性,为进一步提高复杂零件熔融沉积成型精度提供了数据参考。

田口方法在熔融沉积成形中的应用与展望

熔融沉积成形(FDM)是增材制造(AM)领域中应用最为广泛的技术之一,通常用于制造具有复杂几何形状的零件,在航空航天、汽车、船舶及生物医疗等领域得到广泛使用。然而,由于力学性能不足及成形质量低等问题,通过FDM技术打印的零件在应用过程中受到了一定的限制。优化工艺参数能够明显降低零件在打印过程中出现的缺陷,田口方法(Taguchi Method)则非常适合FDM打印过程中工艺参数的优化,从表面质量、力学性能及材料消耗3方面综述田口方法优化工艺参数,并展望未来潜在的应用前景,为进一步的研究提供了方向。

熔融沉积技术喷嘴结构尺寸优化研究

针对熔融沉积技术成型过程中丝材堵塞喷嘴现象,提出对喷嘴结构尺寸优化的思路。通过喷嘴出口截面温度场仿真,结合散热长度、出口长度及收敛角3个因素进行正交试验分析,得到喷嘴最佳结构尺寸组合。对比喷嘴优化前后实际打印过程及制件的表面质量、三维尺寸精度,结果表明:优化后的喷嘴能明显提高制件精度,同时可有效降低丝材堵塞发生的概率。

红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形装备设计与成形性能研究

针对开放空间工业机器人熔融沉积成形(FDM)的关键问题,研发了基于6轴关节型机器人的FDM设备及控制系统。自主设计了可辅助加热的打印头,开发了打印控制系统和机器人控制系统。通过提出打印头挤出速度和机器人运动的同步匹配方法,实现了机器人FDM装备的稳定工作。然后提出了红外热源辅助工业机器人FDM成形方法,通过工艺试验研究了辅助热源参数对制件宏观力学性能和表面粗糙度的影响规律,通过微观结构表征分析了增强机理。研究结果表明:在开放空间环境下,红外热源可有效提高基材温度,显著增强分子链在股线界面处的扩散缠结、提高界面结合强度,使得层间结合强度增大17.6%、制件表面粗糙度降低58%,验证了红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形方法的可行性和高效性。

熔融沉积制造技术在口腔医学领域中应用的研究进展

熔融沉积制造(FDM)技术是众多3D打印技术中的一种,因其具有结构简单、操作方便、产品精度好和成型速度快等优点,广泛应用于口腔医学领域,其打印产品包括教学模型、术前分析模型、正畸修复牙颌模型、手术导板、颌面部软硬组织缺损赝复体和骨组织工程支架等,应用范围几乎涵盖包括口腔颌面外科、种植科、正畸科、修复科、牙体牙髓科和牙周科等在内的全部口腔科室,以及骨组织工程支架的制备领域,对传统口腔疾病诊疗方式和制造方式产生重大影响。现结合国内外最新研究进展,从FDM技术的打印原理和步骤入手,分析其精度的影响因素,并对其材料体系和材料性质从人工合成高分子聚合物、天然高分子聚合物、生物陶瓷和复合材料4个方面进行总结归纳。重点从口腔医学模型、手术辅助工具、颌面部组织缺损赝复体和骨组织工程支架的制造及应用4个方面对FDM技术在口腔医学领域的应用进行分析,总结其优点和不足,并展望未来发展趋势,以期为FDM技术的改进及其在口腔医学领域的应用提供参考。

基于熔融沉积成型的连续纤维增强复合材料3D打印研究进展

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺具有无模自由成型、可设计性强、快速成型等特点,进一步扩大了连续纤维增强复合材料的应用范围,是当前受到广泛关注和研究的3D打印成型工艺。本文针对连续纤维增强复合材料的FDM工艺成形原理、工艺方法及设备、打印原材料等方面进行综述;分析了工艺参数、浸渍状态以及路径规划算法对连续纤维增强复合材料3D打印样件的力学性能及表面质量的影响。针对当前FDM工艺以及技术发展所遇到的问题进行总结并对今后发展的重点方向提出建议。

PLA材料熔融沉积成型过程数值仿真分析

为解决PLA材料在熔融沉积3D打印过程中,热力场和应力场变化导致成型精度较差的问题,基于热传导及弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,利用液固耦合传热原理对成型过程进行空间、时间的离散分析,得到FDM成型过程材料温度传递规律;采用热-力结构间接耦合方法,建立了成型过程应力应变三维瞬态数学模型,在ANSYS软件中进行FDM成型过程的可视化仿真模拟。实验结果表明,在制件成型过程中,PLA材料挤出过程的初始热应力较小,然后,应力值迅速达到最大值,同时在成型件的边角处出现应力集中现象,产生应力集中区域的应力值范围为1.096 3~1.643 1 MPa,成型件单层形变值范围为0.000 3~0.001 9 mm/mm,主要形变发生在模型边缘部分,在材料堆叠成型过程中,该层的瞬态温度、应力及应变能直接影响相邻已成型的2层。

熔融沉积型3D打印机机械零件误差对精度的影响

熔融沉积型3D打印机是一种常见的制造工具,但在打印过程中会产生机械零件误差,影响打印精度。文章探索了熔融沉积型3D打印机的机械零件误差对精度的影响,发现机械零件误差对打印品质的影响包括表面粗糙度增加、细节部分失真,以及打印物件尺寸、形状、位置偏离预期值。针对这些影响,建议采取以下措施:优化机械设计,改进结构以减少制造误差;使用高质量的机械零件,改善打印材料质量;优化打印工艺,选择合适的参数;定期维护和校准机械零件。这些措施可以使机械零件误差对熔融沉积型3D打印机精度的影响降至最小,提高打印品质和准确性。

高β相离子液体/聚偏氟乙烯介电材料及熔融沉积成型

通过将聚偏氟乙烯(PVDF)与离子液体(IL)熔融共混制备IL/PVDF复合材料,并研究其晶相结构。结果表明,离子液体的咪唑阳离子与PVDF的-CF_(2)基团之间的相互作用能够有效诱导PVDF极性β相的生成,复合材料的β相相对含量最高可达81.83%,是纯PVDF的2.7倍。IL/PVDF复合材料的介电常数最高可达21.0(100 Hz),相比纯PVDF提高了4倍。此外,探讨了熔融沉积成型(FDM)对IL/PVDF复合材料的影响,发现FDM成型能够进一步提升复合材料的极性β相含量Xc(β),这对FDM成型制备PVDF基电子储能及传感设备具有一定的参考价值。

基于深度学习的完全填充型熔融沉积成型零件质量预测方法

抗拉强度、翘曲度和表面粗糙度是衡量熔融沉积成型(FDM)零件质量的重要指标,对其准确、稳定的预测有助于FDM工艺的发展。为此,提出一种基于优化深度信念网络的完全填充型FDM零件质量预测方法。首先根据FDM的生产工艺选取影响零件质量指标的主要变量,利用相关性分析方法确定对产品质量影响最大的工艺参数组合,以获取预测模型的输入变量;其次以10—折交叉验证的验证误差作为适应度值,基于网格搜索确定稀疏约束深度信念网络(SDBN)的最佳超参数组合,采用自适应布谷鸟搜索(ACS)算法对SDBN进行优化,构建完全填充型FDM零件质量预测模型;最后,将所提的ACS-SDBN与ACS-DBN、深度信念网络(DBN)和BP的预测结果进行对比,结果表明基于ACS-SDBN模型的完全填充型FDM零件质量预测方法具有更好的预测精度和稳定性。

高速高强熔融沉积成型技术研究进展

熔融沉积成型(FDM)技术以其低成本、易操作、快速原型制造和广泛适用性成为3D打印领域的主流技术。尽管FDM技术在3D打印领域具有重要地位,但其存在的一些局限性,如打印件的强度不足、成型速度缓慢等问题,仍然是制约该技术进一步发展的重要挑战。针对这些限制,本文从优化层间结合、材料性能强化两方面探讨了国内外学者在改善打印强度方面作出的努力,并从设备模块优化和优化打印策略(如注射打印)2个角度讨论了目前提高FDM设备打印速度的限制及改善措施;最后论述了对提升打印强度和速度的建议和意见。

基于代码基元的熔融沉积加工能耗预测分析

为了解决熔融沉积加工工艺的能源消耗预测问题,提出了一种将代码基元和熔融沉积硬件相关联的能耗预测方法。在该方法中,首先,判断代码基元和各能耗单元之间的隐含关系,分析指令与能耗部件对应关系;然后,对加工过程中的能耗单元进行系统分析,给出代码基元和加工设备中喷头仓室、传动组件、辅助组件能耗的定量联系;最后,以4个主要工艺参数为研究对象,通过正交实验法设计27组实验,利用预测方法对加工过程中的能耗进行分析。结果显示,对能耗的影响依次为分层厚度>打印速度>热床温度>打印温度。通过加工实例验证,该方法不仅预测精度可以达到90%以上,且能够在切片模型加工之前为能耗预测提供工具支持,节约生产成本。

熔融沉积成型制备致密氮化硅陶瓷

创新地采用基于螺杆挤出和颗粒喂料的熔融沉积模型制备了致密氮化硅陶瓷。研究了喂料的打印性能、脱脂工艺,以及典型的打印缺陷的存在形式。结果表明,氮化硅颗粒喂料具有优异的打印性能,适合打印无支撑的小倾角、薄壁和复杂曲面的部件。本文研究开发的有机黏结剂体系结合溶剂+热两步脱脂工艺在厚截面部件制备中有突出优势,可以实现9 mm厚度的坯体安全脱脂。研究发现FDM的典型工艺缺陷有层间裂隙和路径间孔隙两种。结合气压烧结,制备了抗弯强度(774.5±70)MPa、密度3.25 g/cm^(3)的致密氮化硅陶瓷,并成功制备了形状复杂和维形良好的氮化硅陶瓷零件。

熔融沉积法3D打印制备多孔氧化锆陶瓷

以氧化锆粉为主要原料,采用基于螺杆挤出的熔融沉积法在4种打印路径(单线、网格、单线+矩形、网格+矩形)下3D打印制备了孔隙率均分别为15%、25%、35%、45%的多孔氧化锆陶瓷。对多孔陶瓷的孔壁、打印层间结合、孔结构等进行了显微结构分析,并检测压缩强度。结果表明:1)采用熔融沉积法可以3D打印制备孔壁结构致密、孔形状保持良好的多孔陶瓷;2)低孔隙率时,多孔氧化锆陶瓷的应力-应变曲线呈弹性阶段,无坍塌阶段,随着孔隙率升高,出现明显的坍塌阶段;3)在相同孔隙率下,混合路径制备的多孔陶瓷的压缩强度比单一路径的更高,当孔隙率为15%时,单线+矩形路径打印的多孔陶瓷的压缩强度最高,达到271 MPa。

三层石墨烯吸波体熔融沉积成形及层间材料分布对吸波性能的影响

利用熔融沉积成形技术快速制备了石墨烯/聚乳酸和石墨烯/四氧化三铁/聚乳酸两类复合吸波材料和三层石墨烯吸波体,测试了复合材料的电磁参数,计算了反射率;利用CST仿真与实验研究了吸波剂层间分布及孔洞结构对三层石墨烯吸波体吸波性能的影响。结果表明:对复合材料而言,双组元吸波剂的吸波性能更佳,但难以与石墨烯单组元吸波剂形成良好的阻抗匹配;对三层石墨烯吸波体而言,石墨烯呈均匀梯度分布(石墨烯加入量分别为5%、7%、9%(均为质量分数,下同)),可获得最佳的吸波效果;周期性孔洞结构的存在,一方面增加了反射界面数量,产生更多的边缘散射效应与多重共振耦合,另一方面通过改善阻抗匹配使石墨烯呈非均匀梯度分布(石墨烯加入量分别为7%、7%、9%)时实现Ku波段(12~18 GHz)全覆盖有效吸收(反射率小于-10 dB),为微波频段高效吸收提供了参考。

熔融沉积法制备骨组织工程支架的应用进展

人工骨支架材料因来源广泛、免疫排斥风险低及可个性化定制等优点在骨替代材料领域中受到广泛关注。传统的骨支架制造工艺复杂且难以控制其内部结构,严重阻碍了骨支架的研发。3D打印技术及其与骨组织工程的结合推动了骨支架领域的快速发展。熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)作为3D打印技术的一种,其原理简单、成本低,可准确、快速地制备结构复杂、外观个性的骨支架。本文从组成、结构和功能角度对FDM技术制备的骨支架进行分类,阐述其应用及研究进展,最后展望FDM骨支架在未来的临床应用和发展趋势,以期进一步为骨支架研究提供参考。