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(FDM) 3D打印成形件的力学性能实验研究

为提高不同填充率的制品力学性能,采用打印精度更高的类Delta并联式打印机,以较优固定参量实施应用广泛的熔融沉积(FDM)3D打印工艺,制备了不同填充率PLA耗材实验试件,并分别做了拉伸、弯曲和压缩实验,得到了较优的拉伸、压缩应力-应变曲线和弯曲载荷-位移曲线。同时开展了3D打印试件的抗拉强度、断裂伸长率、抗拉刚度、所承受的最大弯曲载荷和抗压强度研究。结果显示,填充率是影响3D打印试件变形失效和力学性能的关键因素,随着填充率的增加,试件的强度和刚度明显提高,而且同心线填充试件抗拉强度和断裂伸长率最大,直线形填充的刚度要优于同心线填充和格子形填充的刚度。

激光直接沉积成形增材制造技术在飞机起落架上的应用研究

激光直接沉积成形对于飞机起落架制造具有"变革性"意义,具有突破规格限制、减少原材料浪费、缩短加工制造周期等技术优点,在未来飞机起落架快速试制方面具有较为明显的技术优势及应用前景。目前已突破A-100钢激光直接沉积增材制造成形工艺、性能质量控制等关键技术,试制的起落架零件已在飞机上实现领先试用,力学性能基本达到材料锻件水平。但面向该技术的推广应用仍面临着成形工艺策略、热处理控制、无损检测、构件表面强化及综合验证等关键技术的进一步突破。

熔融沉积成形快速成形机加热构建平台的温度场分析及优化

通过对加热构建平台(HBP)进行温度场采集与仿真,针对HBP的热传递原理进行分析,得出了HBP与外界进行温度交换的原因及方式。提出了一种能够实现温度补偿、保证温度均衡的新型HBP,建立了两种HBP在不同环境温度下表面温度差的仿真模型。针对两种HBP完成了实际模型的打印工作,并对成形件尺寸进行了测量与分析。实验结果验证了优化后的HBP表面温度更均衡,能有效抑制成形件翘曲变形。

熔融沉积成形喷头挤出参数优化控制

在 FDM工艺中 ,成形材料能否以稳定的速度及温度从喷嘴中挤出将直接影响原型的成形质量。建立了熔体在喷嘴中的压力降与挤出流量、加热温度的数学模型 ,结合实验 ,确定了稳定挤出的速度区间。研究结果对FDM工艺中聚合物熔体挤出参数的优化、保证成形精度提供了依据。

熔融沉积成形试件翘曲成因的分析与优化

以熔融沉积成形过程中成形件的翘曲变形为研究对象,分析变形产生的原因及其作用机理,建立了成形过程中成形件翘曲变形的理论模型,分析了堆积层数、成形室温度、试件尺寸和扫描速度对成形件变形的影响。针对以上因素设计试件进行正交试验,研究各因素对翘曲变形的影响程度,得出最大程度减小成形件翘曲变形的最优因素组合,提出了减小成形件翘曲变形的相应措施。

高分子材料在熔融沉积成形中的应用

高分子材料是目前应用最广泛的熔融沉积(FDM)成形材料,利用FDM工艺可以成形各种结构复杂的高分子制件。本文叙述了FDM用高分子材料种类,并讨论了高分子材料特性对FDM成形的影响。

熔融沉积增材制造成形碳纤维复合材料的力学性能

采用CF/PLA复合材料,应用熔融沉积成形(FDM)工艺制备了拉伸、弯曲、冲击试件,与纯PLA试件、注塑PLA试件、注塑CF/PLA试件、ABS试件,进行了单轴拉伸、三点弯曲和冲击实验。研究了各个试件的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度,得到了拉伸应力—应变曲线和弯曲载荷—位移曲线。结果表明:应用FDM工艺成形的CF/PLA复合材料具有较好的力学性能,其抗拉强度是纯PLA试件的1.27倍,注塑PLA的1.04倍,最大弯曲载荷、弯曲强度和弯曲模量,分别是纯PLA试件的122.10%、133.33%和156.44%;冲击强度比纯PLA增加15.84%,比注塑PLA提高9.95%,但断裂伸长率下降。

熔融沉积成形制件表面粗糙度预测模型

针对熔融沉积成形的制件表面较为粗糙这一问题,通过试验方法分析关键工艺参数对表面粗糙度的影响,重点分析层厚和挤出宽对制件表面粗糙度的影响,研究成形过程中丝材截面的变化情况与侧表面轮廓的形成过程,建立表面粗糙度预测模型,并进行试验验证。研究结果表明:2组试验中,模型预测的表面粗糙度和实际测得的表面粗糙度的平均相对误差分别为6.25%和5.04%,证明了该模型的可行性。

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。

基于有限元的熔模铸造蜡模熔融沉积成形过程研究

采用熔模铸造用石蜡直接熔融沉积成形熔模铸造蜡模可缩短研制周期,但蜡模尺寸精度不高是熔融沉积成形常见问题。影响蜡模尺寸精度的主要因素是打印速度、喷头温度及环境温度。以熔模铸造用石蜡为材料,基于有限元法对熔模铸造蜡模熔融沉积成形过程进行模拟,得到了蜡模熔融沉积成形过程中温度场及应力场分布。通过正交试验法确定了最佳的工艺参数,其中打印速度为40 mm/s、喷头温度为85℃、环境温度为25℃。采用该工艺参数打印件的最大变形量为20.5μm。

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。

熔融沉积成形全口义齿聚乳酸蜡型打印精度及适合性影响

目的:探讨熔融沉积成形全口义齿聚乳酸蜡型打印精度及适合性影响。方法:选择上颌及下颌全牙列缺损者80例,按照随机数字法分为两组,各40例,对照组使用硅胶印模,观察组使用熔融沉积成形下颌全口义齿聚乳酸蜡型打印,比较干预后两组咀嚼肌正中咬合及咀嚼过程咬合肌电幅值变化,统计面积不对称指数、左右偏倚值及干预前后AM距离。结果:干预后观察组咬肌正中咬合肌电幅值及咀嚼过程咬合肌电幅值大于对照组(P<0.05),颞肌前束正中咬合肌电幅值及咀嚼过程咬合肌电幅值大于对照组(P<0.05),面积不对称指数及左右偏倚值优于对照组(P<0.05),AM距离短于干预前及干预后对照组(P<0.05)。结论:熔融沉积成形技术指导下全口义齿聚乳酸蜡型打印制备全口义齿,其能确保全口义齿修复效果,提高义齿适应性。

新型TPU/PVA包覆丝材制备及对熔融沉积成形件性能的影响

针对TPU材料在熔融沉积成形过程中挤出力不足、PVA材料遇水易溶解的缺点,研究制备了一种TPU与PVA同心共挤的新型FDM打印包覆丝材。结果表明,TPU/PVA包覆丝材可显著提高FDM成形件的硬度,提高两种高分子材料之间的层间结合力。当质量比TPU∶PVA=8∶2时,成形件的拉伸模量和断裂伸长率较高,打印的复杂模型依旧具备柔性特色,细节效果较好。

激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟

为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。

快速成形技术中材料成形性的研究进展

简要介绍了几种典型的快速成形技术的基本原理 ,分析了快速成形技术中材料的研究和应用现状 ,讨论了快速成形技术中材料的快速成形性问题 。

金属粉末成形技术若干进展

金属粉末成形技术是一种高效、近净成形的先进制造技术,在许多领域有着广泛应用。就近几年粉末成形技术的发展,着重评述了几种粉末成形技术的原理和特点,并对其存在问题及发展趋势进行了讨论。同时指出金属注射成形、选区激光烧结及电场活化烧结技术是今后粉末成形技术的发展方向。

喷射成形棒坯中沉积距离和回缩速度的选择

利用计算机数值模拟技术采用平均质量流率法建立了喷射成形空间质量流率分布和棒坯生长模型,通过讨论喷射成形空间质量流率分布得出沉积器的最佳位置hm和最佳回缩速度v。

喷射成形技术的应用及产业化发展趋势

对喷射成形技术的特点及发展趋势进行了综合评述 ,分析了如何选择合适的应用对象来确定具体的产品形式及合金体系 ,并探讨了将其产业化的典型对象。

激光成形金属零件技术在模具制造中的应用

快速原型制造技术(RP)可以根据三维CAD图形直接制造出具有复杂内部结构的工件,简化了产品工艺过程,大大节约了产品成本,提高了产品的生产效率。激光成形金属零件技术可以直接或间接制造出全密度、接近无需加工的产品,适合用于模具快速成形制造。介绍了激光熔覆成形和激光烧结的原理及工艺过程,并探讨了提高激光成形质量的一些措施。