基于电场驱动喷射微3D打印的曲面透明电加热玻璃技术

为了解决高性能曲面透明电加热玻璃制造工艺复杂和制备成本高的问题,提出了一种基于电场驱动喷射微3D打印制造曲面透明电加热玻璃的新方法,并阐述了该工艺流程;通过实验揭示了主要打印参数对制造曲面透明电加热玻璃银线线宽的影响规律;使用优化的打印参数在曲面透明玻璃上制备了有效加热面积为35 mm×40 mm,线宽为90μm,周期为3000μm,附着力为4B,透光率为90%,电阻为1.6Ω,银线为金属网栅结构的曲面透明电加热玻璃。实验结果表明,该打印方法工艺简单,利用该方法制造的曲面透明电加热玻璃具有附着力好、透光率高和加热性能良好等优点,为实现低成本、高性能的曲面透明电加热玻璃的工业化制造提供了一种全新的解决方案。

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。

基于电场驱动喷射微纳3D打印的生物支架制备工艺

支架的结构与规格对于细胞的形态具有完全不同的影响,其规格尺寸与细胞特征尺寸(如神经细胞,胞体尺寸一般为20μm)的符合程度是衡量生物支架性能的关键指标,但是,目前的技术在制备小孔径、结构均匀的多层生物支架领域中仍存在一系列问题。因此,提出了一种基于电场驱动喷射微纳3D打印技术(EFD)和对称打印原理制备小孔径、结构均匀的多层生物支架的新方法,通过实验分析电压、速度、背压等工艺参数对打印结果的影响,优化多层生物支架的打印方案,最后,将聚乳酸(PLA)作为打印材料,成功制备纤维直径为20μm、周期为60μm、孔径为40μm的组织工程支架。

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。

3D打印混凝土与喷射混凝土的关联分析

3D打印混凝土与喷射混凝土作为两种与普通混凝土不同的施工工艺,都具有各自的特殊使用场景及优势。文章通过对3D打印混凝土与喷射混凝土之间的关键性质、配合比设计、施工工艺的介绍,对比3D打印混凝土与喷射混凝土之间的相似与不同,研究了二者之间的关联,以期为后续的相关研究提供参考。

电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

为了实现高粘度导电材料在3D打印制造嵌入式封装电子产品中的高精度打印,本文通过理论分析与实验验证相结合的方法,揭示了喷嘴结构与电场对流体流速与液滴形态的影响,最终得出相同气压下,喷嘴尖端处越短,截面收缩越大,液体流速越快;电场除了对液滴有收缩形成泰勒锥的作用,还会影响液体流速;对于超高粘度导电材料的打印,对打印结果影响最大的因素是气压与平台移动速度,在一定气压与电压范围内,打印均能实现,而通过调整平台移动速度可改善喷印质量。研究成果对改善高粘度导电材料的3D打印形貌、成型精度和可控性提供了理论基础和方向指导。

电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术及应用

微纳尺度3D打印是增材制造的前沿和研究热点,在航空航天、组织工程、生物医疗、微纳机电系统、新材料(超材料、轻量化材料、智能材料、复合材料)、新能源、柔性电子、印刷电子、结构电子、微纳光学器件、微流控器件、可穿戴电子产品、软体机器人等诸多领域和行业有着非常广泛的应用。介绍了课题组近年提出并建立的一种微纳尺度增材制造新工艺——电场驱动喷射沉积微纳3D打印,并论述了近年研究进展和取得的重要成果,介绍了5个工程应用案例。电场驱动喷射沉积微纳3D打印为微纳尺度3D打印和微纳制造提供了一种全新的解决方案,具有良好的工业化应用前景。

电场驱动熔融喷射微尺度3D打印微结构

提出了一种基于电场驱动喷射沉积3D打印的新方法来加工高分辨率结构,结合数值模拟与实验研究,揭示了其成形原理与喷射规律。通过优化工艺参数,使用内径250μm的喷嘴,在玻璃衬底上打印出点直径20μm的微图案,验证了电场驱动熔融喷射在微尺度3D打印上的可行性。

基于电场驱动熔融喷射3D打印大面积聚甲基丙烯酸甲酯微结构制造方法

针对大面积聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构低成本制造的难题以及高分辨率PMMA成型的实际需求,提出一种基于电场驱动熔融喷射沉积3D打印实现大面积PMMA微结构高效低成本制造的新方法。通过高速摄像机实验观测和系列打印实验研究,揭示了主要工艺参数对于成型过程、打印分辨率、打印质量的影响和规律,优化的工艺参数范围为:电压1200~1300 V,气压3~10 kPa,打印高度200~400μm,打印速度5~20 mm/s,材料加热温度210~230℃。利用提出的新方法,结合优化出的工艺参数,采用内径250μm的喷嘴,实现了最小特征尺寸15μm、图形面积70 mm×70 mm大尺寸微模具以及高宽比达到9∶1大面积复杂微结构和组织工程支架的制造。

基于Hbot结构的3D打印机分析

本文深入探讨了3D打印技术中的Hbot机械结构。Hbot,一种独特的平行架构,因其高精度直线运动的能力而在3D打印领域中脱颖而出。首先,我们比较了Hbot结构与其他主流3D打印机结构,如CoreXY、Cartesian和Delta,并从设计、驱动和控制角度对其进行了分析。其次,我们详细描述了Hbot的核心硬件组件,如驱动系统、传感系统和控制系统,并探讨了如何确保这些组件之间的有效集成。我们还介绍了与Hbot相关的核心算法和程序优化策略。本文旨在为3D打印技术的从业者提供深入了解Hbot机械结构的综合指南,以推动其在实际应用中的广泛应用。

吸热墨水喷射3D打印高分子材料的研究现状与发展趋势

吸热墨水喷射3D打印技术可高效率成形复杂高性能塑料零件,对推动3D打印技术批量化应用具有积极意义。文中以惠普公司的多射流熔融技术和维捷公司的高速烧结技术为主综述了吸热墨水喷射3D打印的技术原理、发展历程和应用领域,总结了材料与工艺因素对其成形质量的影响,概述了吸热墨水喷射3D打印材料体系及相应3D打印研究的进展。通过分析该技术目前面临的主要问题,对其未来重点研究方向进行了展望。

基于粘结剂喷射的陶瓷3D打印技术国内研究进展

陶瓷作为一种硬度高、抗压强度大、耐热、耐腐性的材料,传统的加工方法在生产大尺寸、复杂、高性能陶瓷件方面难以满足需求,增材制造技术为复杂陶瓷件的制备提供了一种新的解决方案。本文综述了国内基于粘结剂喷射的陶瓷3D打印技术研究进展,从打印机理研究、材料制备、关键结构件的开发、打印设备研究、后处理工艺研究五个方面,系统展示了近年来国内基于粘结剂喷射的陶瓷3D打印技术的研究情况,并对现阶段粘结剂喷射陶瓷3D打印工艺与装备研究存在的问题进行了总结,对未来发展趋势进行了展望。

电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具

提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形;研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响;优化实验参数,制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板,模板线宽为61.25μm,高度为44.13μm;结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件,并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。

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。

金属材料喷射沉积3D打印工艺

针对现有金属材料3D打印技术存在成本高、效率低的问题，提出一种由三维CAD模型驱动数控系统，直接实现多品种、小批量、结构复杂金属零部件柔性、高效制造的方法—喷射沉积3D打印成形，介绍该工艺原理。搭建了实验平台，并以铋锡合金为成形材料，采用单道、单层、实体分层次的工艺试验过程，分别研究喷头孔径、喷头移动速度、送气速度对单道成形轨迹的影响，成形路径、路径搭接率对单层成形表面形貌的影响，最后对喷射沉积3D打印成形铋锡合金实体的断口进行观察。研究结果表明：当喷头孔径为0.6 mm、送气速度为10 mL/min、喷头移动速度为10 mm/s时，所得单道成形轨迹均匀性较好；当采用S形路径及搭接率为50%时，可以获得较高质量单层成形表面；喷射沉积3D打印技术可以实现金属件的快速高效制造，成形效率可达50 cm3/h，为现有成熟金属件3D打印成形技术的2~3倍。

基于高精度3D打印工艺的ICF调制靶

惯性约束聚变(ICF)中的瑞利-泰勒不稳定性(RTI)研究需要基于多种结构的调制靶,针对目前调制靶制备的工艺问题,采用双光子3D打印工艺制备了平面调制、平面复合调制及球壳型调制三种典型结构的调制靶,靶材料为光敏树脂(95%:C_(23)H_(38)N_(2)O_(8),5%:C_(4)H_(6)O_(2))。采用激光共聚焦显微成像分析了三种调制靶的实际结构参数,三种靶型的实测形貌及其参数与设计结构及参数具有良好匹配度。为进一步验证双光子3D打印新型工艺制备调制靶的可行性,实验团队在“神光Ⅱ”高功率激光实验装置上进行了纳秒激光打靶实验,结果显示靶表面的调制在激光直接驱动下受RTI的作用随时间呈增长趋势,初始峰谷值为4μm的调制在激光驱动2.5 ns后形成了长度达100μm的高密度射流,表明基于高精度3D打印工艺制备结构复杂的调制靶用于RTI研究具有较高可行性。

基于正交试验设计的喷射式3D打印过程微滴可成形性研究

在喷射式3D打印过程中,要求材料以单个微滴的形式连续喷出并按指定路径逐滴进行堆积,但材料喷射可成滴性受驱动气压、压力作用时间及材料粘度等因素的影响,难以直接找到一组合适的参数组合进行打印.本文采用正交试验法研究各因素对材料喷射可成滴性的影响规律,并利用数值模拟进行验证,结果表明,在给定喷头几何参数的情况下,利用本文制定的方法可以较为简易地获得满足微滴喷射的最佳打印参数,可有效地缩短打印的准备周期及参数调整周期.

基于Arduino开发模块的3D打印机驱动装置研制

针对3D打印的基本需求,设计了基于开源开发系统设计了打印机硬件驱动装置,提出了3D打印机驱动装置设计方案。该方案基于开源的Arduino开发模块,利用单片机ATMEGA328P-PU读取三维扫描数据进而驱动步进电机进行精确步伐控制,再由核心控制器将需要打印的位置上留下热容的打印材料并迅速冷凝定型。经实验系统误差已达到毫米级,可以满足打印需求。