鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的干法气溶胶喷印实验研究

针对气溶胶喷印技术中油墨存储条件苛刻和溶剂、表面活性剂去除等问题,提出了一种鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的纳米粉末气溶胶喷印装置,建立了气溶胶喷印系统,探究了喷印速度、鞘气/载气体积流量比值对系统喷印效率、线条形貌的影响。通过激光烧结实验及电化学性能测试实验,分析了激光处理对气溶胶喷印线条电阻率、微观形貌、氧化程度的影响。实验结果表明:当喷印速度为19.20 mm/min、鞘气/载气体积流量比值为2.65时,获得了最小宽度为56.52μm的喷印线条;激光处理后,喷印线条中的纳米银粉末颗粒融化团聚并形成丝状物互相黏结,显著降低喷印线条的电阻率。

菲涅尔透镜聚焦声泳打印装置设计及实验研究

针对现有的喷墨打印技术需根据喷印材料的特性定制而较难直接用于不同材料打印的问题,设计了一种基于菲涅尔透镜聚焦的声泳打印装置。该装置由超声发生器、超声换能器、菲涅尔透镜以及供液系统组成。首先,利用多物理场耦合仿真软件模拟液滴在声辐射力作用下的滴落过程,并分析了喷嘴到基底距离、菲涅尔透镜厚度及基底不同边界等因素对声场压力分布的影响,以及声场压力、喷嘴直径及材料黏度对液滴喷射过程的影响。其次,采用构建的声泳打印装置进行喷射成滴实验,通过调整超声发生器输出功率实现了不同黏度的聚乙二醇溶液的喷射以及UV胶的喷射。实验结果表明:该微滴喷射系统能产生一致性较好的微滴,喷印出的微透镜尺寸波动范围在2%以内,证明了该装置的稳定性以及实现了不同材料微滴喷射的可行性。

高频声表面波液滴雾化器设计与实验研究

针对现有的雾化装置粒径分散较广及难以生成大量微米级与亚微米级液滴等问题,设计并加工了一种基于声表面波的液滴雾化装置。首先,利用COMSOL仿真软件对声表面波器件的结构建模并进行压电仿真分析,模拟声表面波的振动传播,得到其谐振频率为18.269 MHz。其次,基于声-压电耦合多物理场模拟声波在固-液界面的衍射,以及在液体中的传播过程。最后,加工声表面波雾化实验装置并进行液滴雾化实验,通过调整激励信号频率与输入功率实现了液滴的稳定雾化,对雾化后的液滴粒径分布进行测试。实验结果表明,当输入信号幅值为420 mV,谐振频率为19.259 MHz时,该装置生成大量微米级细小液滴,液滴粒径基本呈三峰分布,主要集中在3μm、30μm与500μm。

金属尾矿智能化综合利用生产研究

针对金属尾矿由于非活性导致利用率较低的问题,本文研究了金属尾矿高效综合利用生产工艺、智能化生产车间、生产执行系统以及智能化核心生产装备,通过充分细化、活化尾矿,生产出活性尾矿微粉并广泛应用,大幅提高尾矿利用率,使尾矿得到高效、综合利用。

机械锤击式铝基WC涂层制备方法及其参数影响规律研究

以6061铝合金为研究对象,探究用音圈电机驱动机械锤击方式制备铝基WC涂层的可行性,研究锤击参数及WC颗粒粒径对涂层制备的影响规律。结果表明:WC颗粒粒径对涂层制备影响极大,用15~20、45~50μmWC颗粒能有效的在6061铝合金上锤击得到WC涂层,2~4μmWC颗粒难以通过机械锤击方式得到相对致密的WC涂层,WC涂层覆盖率随锤击力增大先降后升,粗糙度随锤击力增大先升后降,与覆盖率呈负相关。15~20、45~50μmWC颗粒的机械锤击式铝基WC涂层覆盖率无明显差别,15~20μmWC涂层粗糙度明显低于45~50μmWC涂层。机械锤击式WC涂层是一种新颖、可控的涂层加工工艺。

基于铝合金的电磁驱动锤击力建模及实验

以6061铝合金为研究对象,建立预测机械锤击力对工件表面形变的数学模型.对该模型进行LS-Dyna有限元分析,并搭建工业机器人和音圈电机组成的机械锤击装置,探究锤击力对工件表面形变和硬度的影响,进而验证和修正理论模型.结果表明:工件表面形变随锤击力增加而增大,有限元仿真结果与数学模型的预测结果较为相近,平均误差为9.05%;进一步通过对单点锤击实验结果分析得到锤击模型的修正系数为0.7.同时锤击力越大,表面硬度也越高,锤击力为69 N时,工件表面硬度提升90.45%.

多射流图案化静电纺丝系统开发及试验研究

图案化纳米纤维的高效喷射沉积技术已成为纳米纤维膜产业应用的关键,文中研发了集控制电压、供液流速、极间距、收集装置与喷头运动控制及环境温湿度检测为一体的多射流图案化静电纺丝系统。采用PLC作为主机,开发了HMI触控屏控制程序,实现了静电纺丝工艺参数与多个驱动器联动的在线控制。试验结果表明:所开发的静电纺丝系统纤维定位精度优于10μm,可实现多种纳米纤维图案的多射流喷印成型,操作便捷、控制准确,在工业领域具有良好的应用发展潜力。

紫铜激光扫描焊接焊缝形貌及微观组织研究

采用IPG单模光纤激光器对T2紫铜进行激光扫描焊接试验,对比分析单面焊不同焊接速度、焊接次数以及双面焊等工艺参数下焊缝的表面形貌、截面形状及微观组织。结果表明:焊接速度对紫铜激光焊接的外观成形影响较大,当焊接速度为10 mm/s时,试样焊缝表面鱼鳞纹均匀细密且连续平整,驼峰、飞溅等缺陷明显减少。焊接接头的微观组织主要为焊缝区的细小等轴晶与熔合区的粗大柱状晶,随着焊接速度的增大,等轴晶区域变窄,且晶粒变细小。与单面单次焊试样相比,单面重复焊接试样焊缝熔宽、熔深均有所增大,但易出现局部热损伤,同时焊缝区晶粒变粗大;采用双面焊接时,试样焊缝表面成形质量不佳,焊缝底部熔合区域出现气孔等缺陷,接头区域晶粒粗大。

大障碍物条件下机械臂无碰撞路径规划研究

在大障碍物较多且较为集中的工作空间内,为规划机械臂抓取拼装移动无碰撞路径,提出一种利用人工势场法的斥力场改进空间A*算法的路径规划方法。利用空间A*算法全局搜索,添加斥力影响因子,修改机械臂末端移动到障碍物附近的代价;设定阈值,利用夹角差方法减少平缓路径节点数量;采用坐标转换—二次投影法和基于分离轴定理对工件与机械臂、工具的碰撞检测仿真。实验结果表明,修减后的路径节点数量减少30%以上,机械臂末端移动的定位精度在1 mm之内,在空间范围内能够有效地生成一条无碰撞路径。

纳秒脉冲激光清洗紧固件表面污垢试验

针对锈蚀油垢易导致紧固件表面局部腐蚀问题,采用正交试验法对紧固件表面污垢进行纳秒脉冲激光清洗试验。利用极差分析得出激光功率、扫描速度、激光频率及扫描间距与试样清洗效果的显著性关系及最优参数组合,并将清洗前后试样宏观与微观表面形貌、粗糙度大小、元素成分3方面进行对比分析,验证试验的合理性。结果表明,当激光功率为20 W、扫描速度为300 mm·s^(-1)、激光频率为75 kHz、扫描间距为0.04 mm时,能有效去除紧固件表面锈蚀油垢的同时不损伤基底,表面粗糙度由清洗前的8.342μm降至2.972μm,表面Fe元素含量由清洗前的27.5%升至75.7%。

MXene柔性压力传感器的制备与性能

柔性压力传感器作为一种新型的压力电子器件已经在医疗健康监测、智能可穿戴的电子设备、人机数据交互平台等领域广泛应用。采用磁控溅射法制备叉指电极,通过湿法腐蚀法获得MXene胶体溶液,利用压电式按需喷印技术将MXene胶体溶液覆盖在叉指电极的上方,从而完成压敏活性层的制备。利用扫描电子显微镜(SEM)对MXene压敏活性层的形貌进行表征,结果表明压敏活性层表面平滑整齐、成膜均匀、结构清晰。对制备的柔性压力传感器进行灵敏度检测。结果表明当压强在0~5 kPa的区间内时,传感器具有较高的灵敏度,为0.139 kPa^(-1)。最后对该传感器进行人体运动传感性能测试。结果表明该MXene柔性压力传感器有望在可穿戴电子以及医疗监测领域广泛应用。

鞘气辅助空气动力学透镜的干法气溶胶喷印装置设计

针对湿法气溶胶技术在喷印过程中由于需要提高喷印线条精度和使用有机溶剂而带来的诸多问题,设计了一种鞘气辅助空气动力学透镜的干法气溶胶喷印装置,实现金属纳米颗粒材料的聚焦和沉积。该装置以鞘气辅助空气动力学透镜作为聚焦模块、以纳米银粉作为材料,避免了因使用有机溶剂带来的问题。在使用透镜公式计算的基础上,通过透镜计算器综合得出透镜结构尺寸,选择合适方式引入鞘气辅助聚焦,通过SolidWorks建模软件对装置进行建模,并采用Ansys Fluent仿真软件对空气动力学透镜进行仿真分析。仿真结果表明:颗粒粒径对透镜聚焦效果有较大影响;辅助鞘气倾角为40°时装置有更好的聚焦效果。在已构建的气溶胶喷印平台上对所设计装置进行实验研究,探究喷印线条形貌变化。在实验研究中获得了最小线宽为86.09μm的喷印线条,相当于喷嘴直径的43%。同时实验结果表明载气体积流量、基底温度、鞘气体积流量对喷印线条宽度有较大影响,对线条高度影响较小,喷印层数对线条宽度、高度都有较大影响。

基于PDMS微结构介质层的柔性电容式压力传感器

近年来,为了满足人工智能、物联网和可穿戴设备的发展需求,高灵敏度、低成本的柔性压力传感器的设计和制备引起了研究人员的广泛关注.本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)四棱柱微结构薄膜作为传感器的介质层,以银纳米线-聚对苯二甲酸乙二醇酯(AgNW-PET)透明导电膜作为传感器的上下电极层,制备了一种具有“三明治”结构的柔性电容式压力传感器.采用压力装置以及电容采集装置对传感器的性能进行测试.测试结果表明,在0~0.18 kPa压强范围内,该传感器的灵敏度可达0.63 kPa^(-1),并且具有较低的迟滞性,较快的响应时间和恢复时间,以及较好的重复性和稳定性,能检测到0.73 Pa的微小压力.最后,展示了传感器在接触检测和接近感应中的应用.

电器外观件表面电泳油漆的激光清洗试验

为解决电器外观件电泳油漆清洗存在的难题,采用激光清洗技术,借助超景深显微镜和三维轮廓分析仪考察了激光功率、频率、扫描速率和扫描间距对除漆效果的影响。结果表明:基体表面损伤程度与激光功率及频率成正比,而与扫描速率及扫描间距成反比。激光功率和频率增大,油漆的清除效果变好,但过大易损伤基底。扫描速率过高会导致漆层残留,过低则易致使基体烧蚀和重熔。扫描间距过大会出现清洗盲区,过小则会导致基体出现严重的重熔现象。在相同的试验条件下,白色油漆的去除难度比黑色油漆大,对工艺参数非常敏感,控制范围窄,且经激光除漆后基底表面的高低差更大。而黑色油漆经激光去除后,基底表面平整光洁。

双层鞘气聚焦对气溶胶喷印粉末汇聚特性的影响

粉末气溶胶喷印(P-AJP)技术是通过载气携带金属纳米颗粒形成气溶胶,其依靠气体动能将金属纳米颗粒均匀、稳定地喷印沉积至基底上,形成导电线路。采用气固两相流理论,建立喷印头内外流场模型,并应用FLUENT软件中的离散相模型分析计算不同喷印头鞘气层锥角和鞘气体积流量对粉末流场汇聚特性的影响。仿真结果表明,在送粉量一定的情况下,第一层鞘气层倾角为70°,第二鞘气层倾角为40°时粉末汇聚特性较好,粉末利用率较高。并以此角度模型为基础,通过模拟仿真和实验验证得出了第一层鞘气体积流量和第二层鞘气体积流量对粉末聚焦特性的变化趋势基本一致,喷印导线线宽及气溶胶颗粒轨迹线线宽都随着鞘气体积流量的增加而减小,其证明了模型的合理性和可靠性,为后续粉末气溶胶喷印中喷印头的结构设计和优化提供了参考。

机器人激光检测手眼标定误差分析及优化

针对小型异构件激光检测精度不稳定、标定复杂、鲁棒性差等问题,建立基于标准球的eye to hand手眼标定模型,研究球心拟合、模型求解两个影响手眼标定精度的重要因素,提出一种基于加权的改进方案。首先,对扫描截面进行半径拟合及分析,获取标准球最优检测区域,降低标定数据采集误差;其次,用最小二乘法初步计算球心坐标,提取各个采集点误差;再次,根据误差设定阈值,通过TuKey权重函数对各采集点重新加权迭代求解,精确求解球心坐标;最后通过重加权最小二乘对标定模型求解,去除误差较大点对标定结果的影响。结果表明:优化方案相较于原有方案最大误差减少了57.2%,平均误差减少了49.7%,提高了标定的精度和抗干扰能力。

碳钢表面激光除漆的正交试验优化

为解决家用仪器外壳表面油漆去除困难的问题,采用脉冲激光对涂有氨基油漆的碳钢板进行除漆。基于正交极差分析法,研究了激光扫描速率、脉冲频率、激光功率、脉冲宽度及扫描间距对除漆效果的影响。根据表面形貌和三维轮廓分析,确定了较优的激光除漆工艺参数为:激光扫描速率200 mm/s,激光频率250 kHz,激光功率90 W,脉冲宽度0.2μs,扫描间距0.04 mm。对激光除漆影响最为显著的参数是扫描间距,其次是扫描速率,影响最小的是脉冲宽度。除漆后的试样表面光滑,形貌维持原状,表面粗糙度最低为1.325μm。

基于结构光的定位抓取系统设计

针对多种类、形状各异、散乱放置、高度不一致的异构件在弱纹理、反光等复杂场景中难以实现精确抓取的问题,开发设计了一套双目结构光定位抓取系统。在相机标定获取相机参数后,通过双目结构光实现异构件的三维重建,再创建点云模板与三维点云进行配准,获取抓取位姿,最后控制机器人完成抓取。实验结果表明,左右相机标定的误差为0.05 pixel和0.04 pixel,手眼标定的旋转均方根误差为0.146°,实现了异构件的抓取,验证了整体方案的可行性。

选区激光熔化SiC/18Ni300马氏体模具钢复合材料性能研究

采用选区激光熔化技术烧结混合后的18Ni300马氏体模具钢粉末和微米SiC粉末,研究加入不同体积分数的SiC粉末对成型试样表面粗糙度、微观结构及力学性能的影响。结果表明,随着SiC体积分数增加,试样顶面的隆起和球化现象加剧,表面粗糙度和孔隙变大,侧面粘粉严重,凝固组织由胞状晶向柱状晶再向枝晶转变,试样的硬度和抗拉强度均高于未添加SiC粉末试样。当加入的SiC粉末体积分数为0.5%时,试样的硬度和拉伸强度最大,分别达到了371.1 HV和1.51 GPa,相比未添加SiC粉末试样分别提升了7%和54.8%。因此,SiC粉末的加入虽然提高了顶面的粗糙度及孔隙率,但可转变和细化晶粒,增强位错密度提高力学性能,进而提升试样综合使用性能。

T2紫铜光纤激光焊接工艺与性能研究

为研究激光焊接紫铜工艺与质量特性,通过改变激光功率、焊接速度、焊接次数、表面处理方法对试样进行激光焊接,从焊缝表面形貌与熔宽对连接质量进行分析,并检测焊接试件在通电下的温升与电阻。结果表明,在选定的参数范围内,随着激光功率增大,焊接速度减小,试样接头焊缝熔宽增大,电阻减小,温升速率变慢。当激光功率为2 000 W,焊接速度为1.25 mm/s,焊接次数为2次,表面做打磨涂黑复合处理的试样焊缝表面形貌较好,此时焊缝熔宽为0.669 mm,电阻为1.645μΩ,温升速率最慢。