增材制造聚乳酸脂与碳纤维核心温度对比研究

为了测量增材制造(additive manufacturing,简称AM)过程中层叠结构打印模型内部核心的温度变化特征,通过将光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感器植入两种耗材(包括碳纤维与聚乳酸脂)的模型内部,研究在增材制造过程中两种打印耗材的材料特性,实现两种材料模型在增材制造打印制作过程中任一时刻模型内部核心温度变化的对比,同时考虑打印工艺参数分别对两种材料模型的温度变化影响,采用材料的填充密度值分别为20%,40%,60%,80%,100%,两种材料5种填充密度,共制备了10种不同的试样做对比研究。试验结果表明,利用FBG传感器的高灵敏测量特性,发现在增材制造打印的过程中,材料的打印过程可以根据典型的温度变化有效地划分为5个不同的典型阶段。填充密度越大的模型,核心温度会更高,100%填充密度下AM过程中模型核心最大温度较20%填充密度下高10℃。60%填充密度AM过程中碳纤维模型核心最大温度较聚乳酸脂模型有最大差值,此时碳纤维模型核心温度较聚乳酸脂模型高5℃。

聚乳酸脂膜对去骨瓣减压术后皮瓣粘连的预防效果观察

目的观察聚乳酸脂膜对去骨瓣减压术后皮瓣粘连的预防效果。方法选择100例具有去骨瓣减压术手术指针且后期需行颅骨修补术的患者随机分成治疗组和对照组各50例。两组都按常规行去骨瓣减压术,治疗组在术中放置合适大小的乳酸脂膜于缺损处的硬脑膜和头皮皮瓣之间。对比两组皮瓣粘连的发生率。结果治疗组粘连的总发生率为6%,对照组为22%;两组之间存在差异,P<0.05。结论聚乳酸脂膜可有效的预防去骨瓣减压术后粘连的发生。

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。

增材制造制备性能可控的FBG压力传感器研究

结合增材制造技术制备了光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)压力传感器,通过改变传感器的封装材料、填充密度、以及封装模型尺寸,进行FBG压力传感器的测量型研究。试验表明FBG传感器在封装过程中,因为温度变化产生的耗材收缩与拉伸应变较为均匀,并根据模型内部的应变特点分别定义了经验的上界与下界函数、残余函数,上界函数为f(x)=-9E-08x^(3)+0.0004x^(2)-0.7098x+368.86,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大拉伸应变;下界函数为f(x)=-1E-08x^(3)-3E-05x^(2)+0.0964x-235.95,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大收缩应变;残余函数为f(x)=-5E-09x^(3)+1E-04x^(2)-0.653x+712.9,定义为增材制造过程结束后,模型温度降至室温过程中,模型50%核心位置处随着时间所产生的残余收缩应变。传感器的标定试验表明传感器具有良好的线性度与稳定性。制备的边长35 mm,厚度10 mm的立方体(35 mm×35 mm×10 mm)碳纤维传感器,当填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时,对应的灵敏度分别为0.69、0.45、0.39、0.21、0.19 pm/kPa,随着填充密度的增加传感器灵敏度随之减小。当填充密度为20%,直径为60 mm,厚度分别为6和15 mm的圆柱体压力传感器时,获得的平均灵敏度分别为0.59和0.18 pm/kPa。当填充密度为20%,传感器尺寸为直径60 mm,厚度15 mm的圆柱体,碳纤维与聚乳酸脂材料对应的压力传感器平均灵敏度分别为16.26和0.59 pm/kPa。因此可以通过改变增材制造填充密度和材料以及封装模型尺寸大小获得不同灵敏度的压力传感器。

光频域分析光纤压力传感技术研究

本研究结合增材制造制备OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry)分布式压力传感器,考虑填充密度对打印模型应变变化的影响并对OFDR分布式压力传感器进行室内标定试验。结果表明:(1)在打印过程中,模型同一密度不同位置点的内部温度变化量趋于一致。(2)随着模型填充密度的增加,压力传感器的灵敏度呈减小趋势。当填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时,对应的传感器量程分别为4.00 MPa、8.80 MPa、11.88 MPa、7.92 MPa、3.828 MPa,传感器的灵敏度依次为0.269με/kPa、0.203με/kPa、0.165με/kPa、0.149με/kPa、0.101με/kPa。(3)压力传感器的应变变化量与加载的应力变化具有良好的线性关系,聚乳酸脂打印耗材的弹性恢复能力表现良好。因此,将光频域分布式光纤嵌入到增材制造的模型内部制作而成的压力传感器,不但克服了一些传统的传感器易受电磁干扰、传感参数调节不灵活、制作流程复杂等缺点,而且缩短了传感器的研发和生产周期,降低生产成本。

增材制造碳纤维FBG土压力传感器的研发与验证

基于增材制造(即3D打印)技术制作土压力传感器,在增材制造过程中将布拉格光纤光栅(FBG)传感器嵌入到碳纤维模型内部,成功制备了光纤光栅碳纤维土压力传感器,用于不同条件下的压力监测。对增材制造制备的压力传感器进行系统的标定实验与稳定性测试,结果表明FBG土压力传感器的波长与压力的变化具有良好的线性关系,在100次加载卸载循环实验中,传感器具有良好的稳定性。实验发现,增材制造填充密度与压力传感器的关键测量参数有很强的相关性,当增材制造填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时,FBG土压力传感器的灵敏度分别为0.69,0.45,0.39,0.21,0.19pm/kPa。现场测试中,7个不同深度(深度间隔为2m)的FBG土压力传感器(灵敏度依次为15.38,0.61,0.15,0.76,0.3,0.15,0.13pm/kPa)均可测出相应的土压力值,并且测量值与理论值相吻合,这反映了所提出的新型传感器在实际运用中的良好性能。将FBG土压力传感器封装到增材制造模型内部,制作而成的土压力传感器摆脱了传统传感器的传感参数调节的不灵活性、易受电磁干扰、较差的环境耐腐蚀性、较复杂的制作流程以及不可避免的装配误差、较长的研发与生产周期等缺点。