基于离散元的颗粒性质标定及铺砂过程模拟

喷墨打印中,砂床质量的高低直接影响最终打印零件的质量,在砂层铺设过程中砂粒的颗粒性质是影响砂床质量的关键因素之一。为研究喷墨打印中颗粒性质对砂床质量的影响,以原砂为研究对象,通过实验和离散元仿真相结合的方法完成了砂粒间接触参数进行标定,并对覆膜砂接触参数进行研究,使用颗粒间的表面能来描述砂粒流动性的变化,通过实验与仿真结合的方法得到了催化剂含量和表面能之间的关系。在砂粒颗粒性质确定的基础上,构建了喷墨打印工艺中砂床铺设过程的离散元模型,完成了颗粒性质对铺砂质量影响的仿真实验,结果表明:催化剂含量的增加会降低砂床质量,但过低的催化剂含量会导致制件的尺寸精度和力学强度变差。因此,为了平衡固化效率和砂床质量,可将催化剂含量控制在0.4%到0.6%之间;在层厚和落砂质量一定的条件下,粒径系数是影响砂床质量的主要参数,粒径系数的减小会导致砂床质量的下降。

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。

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。

基于喷射粘结工艺的陶瓷坯体后处理性能调控

商用设备在进行陶瓷坯体成形时不易对坯体组织进行调控,难以成形高致密坯体,且常压后处理强化效果较差.基于自开发成形系统和自有材料,通过调节成形粉末配方、调控铺粉层厚、切换铺粉方法等调控Al2O3坯体的成形组织,成形了相对密度为43.9%的高致密坯体。采用“陶瓷浆料渗透+分步烧结”综合化后处理流程研究了不同坯体组织的渗透强化机理,并以此为依据对预烧结过程进行调控,显著提升了高致密成形坯体的最终性能,常压烧结后相对密度达89.3%,抗弯和抗压强度分别为91.9 MPa和813.2 MPa。该研究所用材料、工艺和装备仪器门槛低、易操作,为制备高性能结构陶瓷提供了一种灵活、快捷的技术方案。

基于黏结剂喷射的木质材料增材制造技术研究进展

木材是自然界中分布最广泛的材料之一,在制造业和建筑业等领域有着广泛的应用。我国是木材消费和木材加工剩余物产出大国,但目前国内木材加工剩余物利用率较低、利用方式单一,与发达国家相比差距较大。通过创新木材剩余物处理方式,研发相关技术,可逐步缩小与发达国家之间的差距。黏结剂喷射(3DP)技术具有材料来源广泛、加工简单、成型效率高等特点,基于木质材料特点,以木材加工剩余物为原料,实现木质材料增材制造具有广阔的发展前景。文中以增材制造中的木质纤维及其分类为背景,介绍增材制造中木质耗材的研究现状,重点阐述木质材料3DP中典型黏结剂喷射成型(BJ)技术、散装材料选择性沉积技术和单层制造(ILF)技术等3类技术的成型原理、研究进展及其最新应用等,根据木质材料的物理特性和成型机理,探讨黏结剂、粉末床工艺和后处理等因素对木质材料3DP成型精度和成型质量的影响,并对木质材料3DP技术存在的问题进行分析并展望其发展趋势。

黏结剂喷射型3D打印复方双层片中的缓释打印工艺研究

基于创伤救治中镇痛抗炎的双重需求,本研究以对乙酰氨基酚、盐酸莫西沙星为模型药,采用黏结剂喷射型3D打印技术开发具有双相释药系统的复方双层片。因3D打印工艺复杂,各个参数之间存在相互影响,通过对工艺的优化可以较为直观地确定关键工艺参数之间的关系。本研究通过对缓释层片剂工艺的优化以保持片剂机械性能的同时实现释放的调控,利用三个中心点23的全因子实验设计,分析显著影响缓释层片剂质量属性的因子及因子之间的交互作用,并通过响应优化器获得了最优的缓释工艺参数:喷墨量为10(约为13.8 pL),厚度为180μm,运行速度为360 mm·s^(-1)。对3D打印复方双层片进行体外释放研究表明,3D打印片剂和市售片剂的体外释放均符合Ritger-Peppas释药模型;孔隙率结果表明该制剂的速释层孔隙多、孔径较大,可实现速释层在15 min内的溶出度大于85%的要求,缓释层内部孔径较大,但仍能持续长达8 h的缓慢释放,其机制可能与HPMC胶凝化延缓释放有关。本研究在验证3D打印复方双层片设计目标合理性的基础上,也为3D打印复杂制剂的制备提供了理论依据。