气流场驱动喷射3D打印熔融聚乳酸微细纤维及表面浸润性调控

提出了一种高速气流场驱动喷射高效三维(3D)打印熔融聚乳酸微细纤维的方法,分析了高速气流致熔融材料剪切破碎原理,研究了打印工艺中供料气压、气流流速、打印高度等关键参数对微细纤维直径分布及结构孔隙率、截面尺寸的影响规律。并对所获得的聚乳酸微细纤维进行了表面浸润性测试。结果表明,该工艺相对于静电纺丝等微细纤维制造方法,加工效率提高10倍以上。通过控制不同的打印参数,可以有效实现纤维直径在6~18μm、孔隙率在55%~96%范围内的有效调控。通过3D打印工艺,可实现具有宏观路径可控、微观具有高孔隙率微纤维结构的制作。表面浸润性结果显示,打印微细纤维由于材料分子基团及高孔隙率综合作用,具有疏水性及粘附性特征,通过对微观局部进行亲水处理,实现了同一材料局部疏水和亲水共存结构的制作,证明了该方法表面浸润性调控的有效性。

基于机器学习耦合模型预测FDM零件的表面粗糙度

熔融沉积工艺(FDM)制造的零件表面粗糙度高,不仅影响了零件外观,还降低了性能。采用响应面实验设计,研究了层高(A)、填充密度(B)、喷嘴温度(C)、床层温度(D)和打印速度(E)对聚乳酸(PLA)零件表面粗糙度的影响。同时,将遗传算法(GA)与决策树(DT)、人工神经元网络(ANN)两种机器学习模型相结合,预测了零件的表面粗糙度。结果表明,A、B、C和E是显著影响零件表面粗糙度的主效应,A×B、A×C、A×E、B×C、B×E、C×E是影响显著的交互效应。GA+DT耦合模型预测PLA零件表面粗糙度的准确性更高,预测值与实验值的相关系数(R2)、均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)分别为0.952、0.132和0.234,优于GA+ANN的0.823、1.561和1.759。GA+DT模型的预测值与实验值的Pearson相关系数为0.984,而GA+ANN模型仅为0.903,这表明GA+DT模型在预测PLA零件表面粗糙度时准确度更高。

层厚和模型底角对FDM表面成型质量的影响研究

轮廓表面粗糙度是影响熔融沉积成型(FDM)模型质量的关键因素,为了揭示层厚和模型底角对粗糙度的影响机理和规律,对FDM成型机理、软件切片算法、硬件实际工况进行分析,并构建了数学模型来研究垂直直线型轮廓和倾斜直线型轮廓。根据FDM成型机理,建立数学表达式,采用MATLAB软件进行运算分析,研究了层厚和模型底角两个参数对成型件表面粗糙度的影响规律。为了验证数学模型的有效性,设计二因素三水平正交试验,通过超景深显微镜观察发现,在层厚取最小值,模型底角取最大值时,成型件表面质量最佳。这与仿真结果一致。研究结论为提高表面粗糙度指明了方向,同时也为实际成型件的工艺参数优化提供了理论依据。

熨烫处理对3D打印成型件表面特性的影响

为了有效提高3D打印成型件的表面质量和美观度,通过熔融沉积成型(FDM)3D打印机挤出头对成型件表面进行熨烫处理,采用表面粗糙度测试、光泽度测试、颜色属性测试评价了熨烫处理对FDM成型件表面特性的影响。粗糙度测试结果表明,熨烫处理后FDM成型件的轮廓算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz平均值分别降低了46.18%和37.36%;光泽度测试结果表明,熨烫处理后FDM成型件在20°,60°,85°入射角下的光泽度平均值分别提高了45.65%,31.63%,20.34%;颜色属性测试结果表明,熨烫处理后FDM成型件的色相H平均值基本保持不变,明度L*、彩度C*平均值分别增大了7.25%和6.14%。对比工业显微镜拍摄的细节放大图可见,与熨烫处理前较粗的表面纹理相比,熨烫处理后FDM成型件的表面纹理更加细密,质感更显光滑,其表面的凸起物得到有效去除,“缺陷”基本消失,光泽度有所提升,颜色显得更加明亮、鲜艳。因此,熨烫处理可以有效改善FDM成型件的表面特性,具有较高的应用推广价值。

“K_(2)O-Na_(2)O-CaO-BaO-SrO”复合熔剂熔融特性及对陶瓷岩板釉面性能的影响

以“BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)”三元系统相图为基础,选取烧氧化锌、碳酸钡、超细石英和S17#高锶熔块为变量原料,采用正交试验方法系统研制出复合溶剂型亚光釉料并制备出相应的釉饰陶瓷岩板产品;借助灰熔点测定了复合溶剂釉的熔融温度范围,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜等研究了釉面的组成,结构和表面平整度;研究结果表明:当釉料配方中烧氧化锌为5%、碳酸钡为6%、超细石英为3%和S17#熔块为45%时,其所制备出对应的产品釉层可在1169~1185℃烧成温度范围内出现不同形状的(K,Na,Sr,Ba)Al_(x)Si_(x)O_(8)长石晶体,从而产生了漫反射,达到釉面的亚光效果;其釉层表面粗糙度Ra为0.91μm、Rz为8.12μm,轮廓显微形貌相对比较完整且平缓,有利于提升陶瓷岩板产品釉面的细腻平滑、易清洁性能。

选区激光熔融Inconel 718的微铣削加工参数优化

选区激光熔融(SLM)Inconel 718成形件广泛应用于航空航天、汽车轨交和石油化工等领域,但成形件表面精度较差,需通过切削提升表面精度。以表面粗糙度为优化目标,开展了以主轴转速、切削深度、每齿进给量为变量的三因素四水平微铣削正交实验,通过极差分析研究了主轴转速、切削深度及每齿进给量对表面粗糙度影响的显著性。结果表明,在n=15000 r/min、ap=60μm、f=1μm/z的加工参数下,SLM成形件的表面粗糙度值最低。优化后的参数组合为SLM Inconel 718的微铣削加工提供了参考。

静电和熔融纺丝法对PET纤维表面结构的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和差示扫描量热仪(DSC)对溶液和熔融静电纺丝法所制备的PET纤维,以及工业熔融纺PET纤维的表面形貌和热学性能进行分析比较。结果表明,因加工成纤方式不同,熔融静电纺纤维表面光滑匀整,工业熔融纺纤维表面有明显的凹凸波浪纹,而溶液静电纺纤维表面略显蜂窝状结构。由DSC分析可知,不同纺丝方法对纤维玻璃化温度、结晶温度、熔融温度的影响不大,但实验室制备熔融静电纺纤维的结晶度和结晶的完整性较工业熔融纺纤维低,而溶液静电纺纤维晶态结构大部分处于无定形状态。

基于塑料微挤出成型的熔融沉积成型技术表面粗糙度研究进展

熔融沉积成型技术(FDM)是一种无模成型技术,易实现复杂模型的个性化定制,使得它在航空、汽车、医疗行业具有广泛、潜在的应用。同时FDM打印也是一种逐层打印技术,但制件表面粗糙,限制了它的应用。文中回顾了近10年来,尤其是近3年来在改进FDM表面粗糙度方面的研究现状和进展,并从制件后处理、软件控制、数学模型预测、优化工艺参数及结合其它成型技术等多方面论述了国内外关于FDM打印件表面粗糙度的改进方法及研究进展。

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究——(Ⅲ)接枝对CF/PA6复合材料中PA6多重熔融行为的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化改性后阴离子接枝尼龙6(PA6)对CF/PA6复合材料中PA6的多重熔融行为的影响。结果表明:CF的加入和其表面的接枝改性都会改变PA6等温结晶所得晶体的晶型和结晶度,且此作用与等温结晶的温度有关。较低的结晶温度下,未接枝CF表面的诱导作用有利于基体PA6形成稳定的α晶型;而表面接枝改性CF与PA6界面相互作用的提高会阻碍基体形成稳定的α晶型,主要形成γ和γ*晶型。较高温度下,未改性CF表面的诱导作用减弱,基体与纯PA6一样主要形成γ晶型;而接枝改性CF则使得基体倾向形成亚稳定的γ*型结晶。且未接枝CF的加入使得PA6的表观相对结晶度增大,而CF接枝改性后复合材料的表观相对结晶度减小。

钢基材表面无机熔融盐电镀铝的研究

采用无机熔融盐电镀工艺在钢基材表面获得了一层完整、致密的镀铝层。研究了AlCl3含量以及电镀时间对镀铝层质量及厚度的影响。结果表明,AlCl3含量为80%时,所制备的镀铝层完整、致密、均匀性好,镀铝层中金属铝呈颗粒状紧密排列;随着电镀时间的延长,镀铝层的厚度逐渐增加,金属铝颗粒逐渐增大。

熔融石英激光切割表面形貌的研究

通过对熔融石英性质的简要介绍 ,分析了激光加工石英材料的可行性 ,初步探讨了激光切割的熔化表面、熔化面和熔化层的形成机理 ,并结合实验研究 ,分析了激光切割石英的典型表面形貌。这对理解激光加工熔融石英过程 ,控制加工质量有着重要意义。

熔融法处理聚四氟乙烯表面的改进

熔融法处理PTFE表面具有工艺简单易行优点 ,但由于PTFE与填料结合强度不高 ,使处理后胶接强度偏低。本文研究了一种改进方法 ,通过使用一种硅烷类偶联剂 ,使胶接强度由 7.8MPa提高到 9.5MPa ,且可提高接头的耐湿热性能 ,远远好于钠—萘法。本文还讨论了用量、处理温度等条件对粘接强度的影响。

混合熔融Li2CO3-Na2CO3-K2CO3体系表面张力计算

熔融碳酸盐是一种良好的热载体和反应介质,其表面张力直接影响反应体系中熔盐分布和界面反应。在熔融盐离子半径和Butler方程的基础上,建立了熔融混合碳酸盐Li_2CO_3-Na_2CO_3-K2CO3体系的表面张力计算模型,考察了温度和熔盐组分对表面张力的影响。结果表明:模型计算的表面张力值与实际测量值比较吻合;熔融碳酸盐纯物质的表面张力随着阳离子的静电势(Z/r)的增大而逐渐减小;Li_2CO_3-Na_2CO_3-K2CO3体系中,熔盐的表面张力随着温度的升高而减小;混合熔融盐表面张力随着Li_2CO_3含量的增加而逐渐增大,随着K2CO3含量的增加而逐渐减小。

石墨表面熔融硅的润湿行为研究

熔融硅在石墨表面的润湿规律对于超薄硅片的横向拉模制造尤为重要.本文利用COMSOL软件模拟了理想条件下熔融硅在光滑石墨表面的润湿过程,并借助高温高真空接触角测量仪对高温条件下石墨表面熔融硅的润湿性能开展了实验研究.考察了石墨表面粗糙度(R_a=0.721μm与R_a=0.134μm)、环境温度(1737—1744 K)、恒温持续时间(10—30 s)等因素对润湿角的影响.结合固-液、气-液界面的压力、速度分布图,分析了恒定温度、毛细效应下表面张力变化对润湿过程的影响机制.研究结果表明,相同温度下,石墨表面硅液滴的润湿角随石墨表面粗糙度增大而减小.对同一粗糙度表面,润湿角在相同温度下随保温时间的增加略微减小,且变化的幅度随温度升高而减小.当液滴半径远小于5 mm时,表面张力在润湿过程中起主导作用;当液滴半径大于5 mm时,液滴自身重力的影响不可忽略.

金属熔融涂覆成形薄壁件表面形貌与工艺

针对现有金属增材制造设备昂贵、成形效率低等问题,提出金属熔融涂覆增材制造(MFCAM).以锡铅合金为原料,开展基础工艺实验,研究流量、成形速度和层厚对多层单道成形件表面形貌特征的影响规律.通过统计分析影响因素,提高成形件表面质量,采用显微图像观察,结合波纹度对多层单道试件层间结合状态进行评估.研究结果表明,金属熔融涂覆增材制造成形效率为50mm^3/s,成形件表面波纹度的轮廓算术平均偏差为0.944 8,证明了MFCAM新工艺的可行性及高效性.

惰气熔融红外法测定钢铁试样表面氧和体内氧

对钢样在惰气熔融过程中氧的释放机理进行了探讨。根据钢样表面氧和体内氧分解温度的差异,通过实验设置合适的仪器分析升温方式,确定了分步阶梯式升温程序,实现了表面氧和体内氧的分离和分别测定,提高了薄板、超薄板等钢样中体内氧即真实氧含量的分析准确度。

熔融体系下钢铁表面碳化物覆层成长动力学研究

用非稳态扩散传质和规则溶液亚晶格理论建立了熔融体系下钢铁材料表面碳化物覆层成长动力学模型，并用硅还原Ｖ２Ｏ５—Ｎａ２Ｏ—Ｂ２Ｏ３熔融体系下４５、４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１、Ｔ１０、Ｃｒ１２ＭｏＶ四种钢碳化钒覆层实验进行了分析验证。结果表明，模型与实验结果吻合良好；碳化物覆层成长速度主要受基体中的碳活度、处理温度和时间等因素控制。

高密度聚乙烯/木粉复合材料熔融性能及表面张力的研究

探讨了木粉及马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)对高密度聚乙烯(HDPE)/木粉复合材料熔融性能及表面张力的影响。结果表明:复合材料的起始熔融温度均略高于纯HDPE的,熔融峰的面积及形状介于纯木粉与纯HDPE之间,复合材料的表面张力及其极性组分均随木粉的质量分数逐渐增加。使用MAPE将提高复合材料熔融峰的面积,复合材料更难被熔化。质量分数为5%、10%的MAPE的复合材料的表面张力较低;而质量分数为15%及20%的MAPE的复合材料的表面张力与无MAPE的复合材料的基本相等。

熔融磷酸盐对石英玻璃侵蚀后表面形态的研究

采用X射线光电子能谱、扫描电镜附带能谱仪和原子力显微镜 (AFM ) ,研究了熔融磷酸钠和混合磷酸盐对石英玻璃侵蚀后表面状态和形貌。玻璃表面的侵蚀主要是OH- 和PO4 3 - 对玻璃网络的侵蚀而产生 ,特别是熔融磷酸盐水解后形成的OH- 。混合磷酸盐在温度 140℃下侵蚀5h 。

熔融玻璃表面金原子分形凝聚实验

介绍了金原子在熔融玻璃表面的凝聚实验。并对实验结果进行了分析,实验结果表明:金原子在熔融玻璃表面先形成具有网状结构的薄膜;然后网孔逐渐增大直至破裂,金原子凝聚成准圆形的团簇;通过无规扩散运动,最终凝聚成分枝状的凝聚体。