基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法

连续碳纤维复合材料3D打印成型零件的力学性能对纤维的铺设方向有需求,传统的路径规划方法基于零件的形状轮廓进行填充,不能满足零件的实际使用性能。针对这一问题,提出基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法。基于连续碳纤维复合材料三维模型的有限元分析数据,通过材料力学计算得到相应的主应力轨迹线;通过连续碳纤维复合材料3D打印的打印参数对得到的主应力轨迹线进行调控,保证每一条轨迹线之间的间距契合3D打印要求;通过坐标变换调整有限元分析坐标系以及打印机坐标系;通过以上调控生成用于连续碳纤维复合材料3D打印的G code规划文件。通过路径规划仿真对比和打印拉伸实验,基于主应力轨迹线生成的连续碳纤维复合材料3D打印路径比传统直线碳纤维复合材料3D打印路径性能提高了4.5%,验证了基于主应力轨迹线的连续碳纤维复合材料3D打印路径规划方法的有效性。

基于体素的机械臂连续碳纤维3D打印路径规划

碳纤维长纤3D打印对路径的连续性和复杂构型的无支撑成型均提出了需求。传统三轴熔融沉积3D打印采用平面切片和基于轮廓的路径规划方法,由于成型方向的单一性,悬空结构无法避免支撑的产生;由于采用基于轮廓的路径规划,缺少内部几何信息,无法扩展到曲面空间。针对以上问题,提出了基于机械臂的连续碳纤维3D打印曲面切片和曲面连续路径规划方法。通过三维模型的体素化处理,保证空间信息的完整性;在无支撑无碰撞约束下,分解成系列体素曲面层,保证无支撑成型;采用Fast Marching网格测地线算法,形成曲面空间的连续等距螺旋偏置路径,并对路径进行平滑优化,保证路径的连续性;最后生成用于机械臂3D打印的Gcode路径文件。通过多种三维模型路径规划仿真对比和打印实验,证明了该方法的可行性,实现了曲面分层的无支撑连续路径规划。

连续面曝光陶瓷3D打印

针对传统陶瓷3D打印存在打印效率低和成型件具有各向异性的不足和局限性,提出一种连续面曝光陶瓷3D打印新工艺,通过采用自主研发的复合富氧膜并结合配制的树脂基陶瓷浆料实现陶瓷素坯件的连续打印.阐述连续面曝光陶瓷3D打印的基本原理和工艺流程;研究陶瓷浆料的配制,并利用搭建的实验平台揭示了关键工艺参数对成形过程的影响和规律;最后,结合优化的工艺参数,通过两个典型案例(镂空件和薄壁件)连续3D打印,以及所打印的素坯件经脱脂烧结后性能的表征和测试,证实了提出方法的可行性和有效性.实现了陶瓷零件连续3D打印工艺,为探索高效、低成本连续陶瓷3D打印提供了一种全新的解决方案.

变刚度层压板的轨迹规划算法研究

研究了适用于自动铺丝和/或连续纤维3D打印的变刚度平板的轨迹规划算法,其中包括基准参考线的算法、平移轨迹的算法、平行轨迹的算法和变化任意铺放角度的算法。降低了规划难度,并提高了规划效率。通过采用VC++编程实现了文中算法,由计算结果绘制轨迹线,验证了其正确性和合理性,为自动铺丝变角度算法和连续纤维3D打印提供编程及应用基础,同时完成复杂连接结构的连续纤维3D打印试验验证,效果符合预期。