基于在机测量的曲面共形电路3D打印误差补偿方法

基于3D打印技术制备曲面共形电路具有广阔的应用前景,然而,由于曲面基材加工误差和导电线路定位误差的影响,导致曲面电路3D打印头高度难以精确控制,进而影响打印精度。为此,本文以气动式直写打印为研究对象,提出了一种“在机测量+线路模型重构”的打印头高度误差补偿方法。设计了一种曲率自适应测量点选取方法,利用NURBS曲线反算法对测量数据进行重构,还原真实线路模型。通过生成真实线路的打印轨迹,替换原始理论打印轨迹,补偿了打印头高度误差。自主搭建了一套集成了在机测量系统的曲面共形电路3D打印平台,设计了直线、圆弧与NURBS自由曲线3种形状的线路,进行补偿前后电路打印的对比实验。结果表明,未进行补偿前,在线路曲率较大的地方,线路在基板上的波峰处会产生拉丝现象,波谷处会产生堆叠现象,而补偿后的导线线宽比较均匀;进一步对每条导线的电阻进行测量,发现各条线路补偿前的电阻值波动较大,补偿后的电路的电阻值均匀,且相较补偿前平均降低65.99%,最大电阻降幅达85.75%。

基于金属3D打印技术的随形冷却模具设计与应用研究

利用3D打印技术制造随形冷却模具,对3D打印的基材进行研究,添加30%(质量分数)碳化钨(WC)的3D打印复合材料的抗压强度和压缩屈服强度最高分别达到1757 MPa和1677 MPa,较之模具钢基体的压缩性能提升约20%。针对模具设计中存在的冷却时间过长、产品翘曲变形和尺寸不稳定的问题,设计了基于金属3D打印的随形冷却水路模具,并借助Moldflow软件进行模拟分析。结果表明:随形水路方案可以显著提高冷却效率,减小产品变形。金属3D打印技术在随形冷却模具领域中具有广泛的应用价值。

3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用

目的探讨3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用价值。方法回顾性分析67例接受腓骨头上入路治疗的复杂胫骨平台后外侧骨折患者的临床资料,根据术前是否采用3D打印模拟手术将患者分为3D打印组35例和常规组32例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数,观察术后切口感染、腘血管损伤、腓总神经损伤等并发症发生情况。随访骨折愈合时间,术后6个月评估Rasmussen评分,末次随访时评估美国特种外科医院(HSS)膝关节功能评分。结果67例患者随访时间为14~22个月;2组各有1例患者发生术后切口感染,均未发生腘血管损伤、腓总神经损伤、下肢深静脉血栓等并发症;3D打印组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数均短于或少于常规组,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者骨折愈合时间、术后6个月Rasmussen评分、末次随访时HSS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印技术应用于复杂胫骨平台后外侧骨折患者的腓骨头上入路治疗中,可以优化手术方案,缩短手术时间,减少术中出血量和透视次数。

三自由度微曲面电路3D打印方法及工艺

针对打印微曲面电路技术复杂、成本较高等问题,提出了一种使用三自由度打印机打印微曲面电路的方法,该方法旨在使用三自由度打印机在微曲面上打印共形电路,同时开发了一种自适应微曲面3D打印控制算法。该算法将DXF格式的文件作为输入,提取文件中的线路数据并对其进行离散处理,对离散后的数据逐点测量并根据反馈的数据进行线路重构,最终输出可以直接用于3D打印微曲面电路的G代码。利用三自由度打印机在不同基材制备的微曲面上完成电路打印实验和亮灯实验,验证了该方法的可行性。对3D打印微曲面电路的工艺参数进行研究,通过设计正交试验分析了工艺参数对打印的微曲面电路的影响,得到了最优工艺参数组合。结果表明,在针头直径为0.16 mm的情况下,打印气压为0.3 MPa、打印速度为100 mm/min和打印头高度为0.4 mm时,打印的微曲面电路连续且均匀,质量最优。

3D打印技术用于经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术应用效果及对血清MMP-9和IGF-1水平的影响

目的:探究3D打印技术在经鼻蝶窦入路垂体腺瘤(PA)切除术的应用效果及对血清基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和胰岛素样生长因子-1(IGF-1)水平的影响。方法:选取2020年5月至2022年5月秦皇岛市第一医院收治的84例PA患者,按照随机数表法将其分为观察组和对照组,每组42例。对照组行经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术,观察组行经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术联合应用3D打印技术,比较两组肿瘤切除效果、围术期指标、视力改善情况、MMP-9和IGF-1水平,以及鼻腔功能的鼻气道阻力(NAR)、T&T嗅觉测试评分及并发症。结果:观察组肿瘤切除效果优于对照组,差异有统计学意义(U=2.286,P<0.05);观察组手术时间、术中出血量及住院时间均少于对照组,差异有统计学意义(t=4.780、11.438、11.842,P<0.05);术后3 d、7 d时观察组血清MMP-9和IGF-1水平低于对照组,差异有统计学意义(F=7.526、4.985,P<0.05);术后1个月、3个月时观察组NAR及T&T嗅觉测试评分低于对照组,差异有统计学意义(F=6.359、8.436,P<0.05);两组视力视野改善情况及并发症发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论:3D打印技术用于经鼻蝶窦入路垂体腺瘤切除术可提高肿瘤切除效果,优化手术操作,减少创伤,有利于减轻疼痛,改善嗅觉功能与视力视野,并能降低血清MMP-9、IGF-1水平,且安全性较高。

3D打印个体化截骨导板结合定制钢板在开放楔形胫骨高位截骨中的应用

背景:3D打印个体化截骨导板辅助开放楔形胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎具有手术时间短、透视次数少、矫正精准度高等优点。但之前报道的截骨导板对周围软组织破坏严重、锁定钢板位置不当等问题依旧明显。目的:探究3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助开放楔形胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎的临床疗效。方法:收集20例确诊为膝骨关节炎的患者,按手术方法分为3D组和常规组,每组10例。3D组采用3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助开放楔形胫骨高位截骨手术,常规组进行常规开放楔形胫骨高位截骨手术。分析比较两组患者手术时间、透视次数、切口长度,术前和术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角、胫骨后倾角以及计划矫正角度与实际矫正角度的差值,术前和术后1,3,6个月膝关节活动度及Lysholm评分,另外记录并发症发生情况。结果与结论:①3D组患者的手术时间、透视次数少于常规组,差异有显著性意义(P<0.001);②两组患者的术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角均较术前增大,差异有显著性意义(P<0.001),而胫骨后倾角无明显改变;3D组术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角及胫骨后倾角与术前计划值分别相差(-0.22±0.72)°、(-0.20±0.73)°和(0.23±0.37)°,但差异均无显著性意义;3D组计划矫正度数与实际矫正度数的差值较常规组小,差异有显著性意义(P<0.05);③两组患者术后膝关节活动度及Lysholm评分均逐步升高(P<0.001);3D组术后1,3个月的膝关节活动度及术后1个月的Lysholm评分优于常规组,差异有显著性意义(P<0.05);两组患者术后3个月的Lysholm评分、术后6个月的膝关节活动度及Lysholm评分差异无显著性意义(P>0.05);④两组患者均无并发症发生;⑤上述结果说明3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助和常规方法均有良好的临床疗效,但前者的手术时间更短,透视次数更少,术后膝关节功能恢复更快;并且3D打印个体化截骨导板可精准实现术前规划。

3D打印精准定位指导尺神经沟成形治疗肘管综合征

背景:随着肘管综合征患者增多,尺神经沟成形术不影响尺神经的正常解剖结构及走行,是治疗肘管综合征的主要外科手术之一。3D打印结合尺神经沟成形可以更精准地定位神经沟的拓展深度及宽度,从而避免一些手术并发症。目的:探讨3D打印技术结合尺神经沟成形对肘管综合征患者神经电生理及预后的影响。方法:选择2020年3月至2022年3月就诊于沧州市中西医结合医院的70例中重度肘管综合征患者作为研究对象,随机分为2组,每组35例,对照组行传统尺神经沟成形术,观察组行3D打印技术结合尺神经沟成形术,随访3个月。比较两组患者的临床疗效优良率,患肢拇短展肌复合肌肉动作电位潜伏期、波幅及尺神经运动传导速度,患侧握力、示中指和拇示指捏力、小指S-W单丝触觉、小指两点分辨觉及上肢功能障碍评定量表评分。结果与结论:①与对照组(74%)比较,观察组的疗效优良率(91%)显著升高(P<0.05);②与治疗前比较,治疗后两组患肢拇短展肌复合肌肉动作电位潜伏期显著缩短,波幅及尺神经运动传导速度显著升高;观察组潜伏期显著短于对照组,波幅及尺神经运动传导速度显著高于对照组(P<0.05);③与治疗前比较,治疗后两组患侧握力、示中指和拇示指捏力显著增大,小指S-W单丝触觉、小指两点分辨觉显著降低;观察组患侧握力、示中指和拇示指捏力显著大于对照组,小指S-W单丝触觉、小指两点分辨觉显著小于对照组(P<0.05);④与治疗前比较,治疗后两组上肢功能障碍评定量表评分显著降低,观察组显著低于对照组(P<0.05);⑤提示3D打印技术结合尺神经沟成形治疗肘管综合征,能够有效提高患者的临床疗效,促进其神经电生理恢复,改善手指和上肢功能,具有较高的临床应用价值。

3D打印铸造铝合金表面楔形织构的摩擦性能

实验对活塞-缸套使用较多材料铸造铝合金(AlSi10Mg)进行3D打印,研究其摩擦磨损性能。在内燃机实际运行条件下活塞裙部通常会发生严重的摩擦和磨损。表面织构已成为现代减摩抗磨的有效方式之一,并成功应用于许多领域。利用3D打印技术加工出两种不同面积占有率楔形凹坑表面试样与光滑表面试样。在立式万能摩擦磨损试验机上进行销-盘回转实验,采用三维形貌仪、同轴显微镜以及扫描电子显微镜观察试样工作表面的磨损形貌。通过Fluent流体分析软件模拟仿真润滑油内部压力,并对仿真结果进行验证。研究结果表明,与光滑无织构试样对比,楔形织构试样对提升活塞裙部摩擦学性能起着积极的作用,且当织构面积占有率为7.01%时对减少摩擦系数降低磨损质量的效果更加显著,提升了活塞裙部的摩擦学性能。

挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构,介绍了采用聚乙烯醇(PVA)水凝胶制备钛合金支架的方法,研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律,分析了钛合金支架孔隙率与力学性能的关系。结果表明:采用PVA水凝胶制备钛合金支架可以获得分布均匀且高度互联的多孔结构,当浆料PVA质量分数为15%,脱脂温度和烧结温度分别设定为360℃和1300℃时,制备工艺最佳。孔隙率为59.8%的钛合金支架表现出与人体骨骼相匹配的力学性能,可避免应力遮蔽效应。

多路阀铸件的“3D打印+”铸造工艺

介绍了挖掘机用多路阀铸件的结构及技术要求,详细阐述了该铸件的铸造工艺。基于3D打印技术,无需考虑铸型的起模性,组合众多阀杆、油道砂芯形成集成式阀芯。生产制造过程中,3D打印的集成式阀芯配合传统的手工造型,既简化了多路阀的生产难度,也显著提升了生产效率,降低了生产成本,且铸件内腔油道尺寸达到CT8级标准,铸件外观质量良好,铸件内腔未出现披缝,对各解剖片进行超声波探伤,也无明显缺陷。

基于3D打印的仪表罩壳注塑模具随形冷却水路设计

以典型产品仪表罩壳为研究对象,借助Moldflow模流仿真软件,进行产品随形冷却水路的设计,对比分析传统冷却水路与三维(3D)打印随形冷却水路设计方案的冷却分析结果,以此评估随形冷却水路在实际应用中的优势,为随形冷却水路的设计提供理论性的参考指导,并为该产品在实际生产中提供优化的模具冷却设计方案。结果表明,与传统冷却水路相比,随形冷却水路方案的冷却效率最多可提高31. 6%,产品表面温度均匀性最多可提高44. 6%。

基于3D打印的注塑模随形冷却水路优化设计研究进展

介绍了注塑模随形冷却水路的技术进展,阐述了基于金属三维(3D)打印技术的随形冷却水路的设计方法和空间结构,重点介绍了随形冷却水路优化设计的研究进展,提出了下一步的重点研究方向。

基于3D打印的注塑模随形冷却水路优化设计

以某产品后盖为研究对象,针对存在的冷却时间过长、产品翘曲变形和尺寸不稳定的问题,设计了基于金属3D打印技术的随形冷却水路,并借助Moldex3D软件进行模拟分析。通过对传统水路与随形水路的模拟分析结果进行比较,发现随形水路方案可以显著提高冷却效率和减小产品翘曲变形,其中冷却效率提高了35.64%,产品翘曲变形减小了35.09%。

基于3D打印的随形冷却水道注塑模具设计

以某机床冷却水泵叶轮塑件的注塑模具为研究对象,采用不同的方案进行随形冷却水道的设计,利用Moldflow软件进行模流分析,选出冷却效果最优的冷却方案,并根据所确定的冷却方案进行随形冷却水道和型腔镶件的设计;然后利用3D打印中的选择性激光熔化技术进行加工制造,得到随形冷却水道与型腔一体的模具镶件;最后完成整个模具的装配,并注射成型出合格的叶轮塑件。

3D打印膝关节曲面磨粒流抛光数值模拟及实验研究

目的解决磨粒流加工3D打印制造的TC4钛合金膝关节时存在配合端面抛光效率低以及表面质量不均匀的问题。方法运用FLUENT软件并结合非牛顿流体的Carreau-Yasuda方程对有、无仿形工装的磨粒流加工3D打印膝关节进行对比分析,研究仿形工装对磨粒流加工的影响规律,并通过单因素实验确定颗粒直径倍数与流道间隙大小的关系,从而完成最佳仿形工装设计。结果仿真对比分析结果表明,仿形工装有助于减小压力损失,并且膝关节表面的切削量显著提升,最大提升了182.92%。同时,在双向磨粒流工艺下,膝关节表面切削量的不均匀程度平均降低73%,提升了表面质量的均匀性,证实了仿形工装的有效性。加工结果表明,当仿形流道间隙大小为5倍Si C颗粒直径、工作压力为2 MPa、加工时间为45 min、使用双向磨粒流工艺时,3D打印膝关节的整体表面粗糙度显著降低,平均表面粗糙度为0.67μm。主要配合曲面呈现镜面效果,表面粗糙度达0.38μm与0.46μm。结论当仿形工装的流道间隙为5倍SiC颗粒直径时,磨粒流抛光效果最优。采用双向磨粒流工艺,获得了优于单向磨粒流工艺的均匀表面压力,从而有效提升了表面质量的均匀性,为3D打印钛合金人工骨复杂曲端面的光整加工提供了理论参考和实验依据。

共形电路压电喷墨3D打印多材料匹配特性

针对压电喷墨3D打印中材料类型繁多,多材料匹配性差等问题从墨水物理性能与压电喷墨头的匹配、介电墨水与导电墨水成型性匹配、相容性匹配、功能性能匹配共四个维度进行适配性测试和分析。通过介电常数、介电损耗、电阻率、物理特性、固化特性等试验测试分析,结合打印工艺验证,选取出了满足设计及工艺要求的曲面共形电路板材料类型及组合,为压电喷墨3D打印技术的推广提供了良好的基础,可加速实现曲面共形电路的集成制造及快速制造。

基于3D打印的注塑模具随形冷却水道设计研究

3D打印技术作为一种新型快速制造技术,在模具领域被广泛应用,尤其在注塑模具的随形冷却水路的制造方面。通过分析注塑模具冷却水路的重要性,结合应用实例分析了传统直通式水路和随形冷却水路结构在模具结构设计上的异同,进行了特征比较,并对随形水路模具型芯的3D打印快速制造进行分析,对随形冷却水道注塑模具的快速制造的深入、广泛应用具有一定的借鉴意义。

3D打印技术在乙状窦后入路微血管减压术定位横窦-乙状窦的应用

目的探讨3D打印技术在乙状窦后入路手术中定位横窦-乙状窦的应用价值。方法2021年1月~2023年1月行微血管减压手术的病人47例,按照是否应用3D打印技术辅助横窦-乙状窦定位分为两组:3D打印组23例,应用3D打印技术指导横窦-乙状窦;对照组24例,实施常规开颅手术。比较两组病人手术时间,术中失血量及横窦-乙状窦移行处(关键孔)定位准确率。结果3D打印组和对照组横窦-乙状窦移行处定位准确率分别为95.7%和71.0%,手术时间分别为(120.8±9.1)分钟和(131.5±19.7)分钟,术中出血量分别为(28.3±32.4)ml和(67.5±76.0)ml,两组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论应用3D打印技术辅助乙状窦后入路横窦-乙状窦定位有助于提高定位准确率,减少术中出血。

基于Moldflow和3D打印的注塑模具随形冷却水道设计

以叶轮塑件为研究对象,采用不同的方案进行随形冷却水道的设计,利用Moldflow软件对各种方案进行模流分析,选出冷却效果最优的冷却方案;然后根据所确定的冷却方案进行随形冷却水道和型腔的设计,并基于3D打印技术选择性激光熔化(SLM)进行加工制造,得到随形冷却水道与型腔一体的模具镶件;最后完成整个模具的装配并进行注塑成型加工,进行模具型腔表面温度及镶件表面温度的测量以验证设计的可行性。

薄膜电极3D打印装置设计及实验分析

针对薄膜电极的制备,设计并搭建了螺杆挤出式3D打印装置。首先设计了螺杆挤出装置,并对螺杆转速、喷头移速以及挤出流量进行了研究,搭建了一种基于电气比例阀的气路控制系统,可实现远程调控气压,从而为螺杆挤出装置供料。然后选取陶泥悬浮液进行打印实验,研究了螺杆转速、喷头移速对打印成型的影响,确定了Fe_(2)O_(3)油墨最优配方,进行实验来验证了打印薄膜的平整性,并确定了较优的工艺参数;最后以钒酸锂(LiV_(3)O_(8))为主体的热电池正极油墨为打印材料来打印薄膜电极,并测试其放电性能,结果表明,打印的薄膜电极成型精准,致密性良好,放电性能优异。该打印装置适合电极油墨材料的打印。