陶瓷面曝光快速成型工艺研究

利用投影机中微小反射镜阵列(Digital micromirror device,DMD)形成投影图案,以发光二极管紫外光(UV-LED)作为光源,建立了陶瓷面曝光快速成型试验系统。利用该系统研究了自开发的可光固化磷酸钙陶瓷浆料的光固化性能,确定了其临界曝光强度为14.24 mJ/cm^2,透射深度为149μm;优化了面曝光陶瓷成型的工艺参数,即分层厚度100μm,曝光强度54 mJ/cm^2,曝光时间3 s,并实现了带有复杂网状结构的陶瓷多孔支架的制造。该工艺所成型的陶瓷零件经烧结后,其致密表面和内部未见有裂纹和较大孔洞,压缩强度高达63MPa,可满足骨组织工程支架的机械性能要求。所述的面曝光快速成型工艺可直接成型多孔以及复杂结构的陶瓷零件,有望为陶瓷骨组织支架的制造提供新的发展方向。

基于SL技术的复杂零件快速制造解决方案

SL技术的出现带动了RP技术的迅猛发展,引发了直接制造技术的研究热潮,为复杂零件的快速制造奠定了基础。工业发达国家在航空、航天、军机、民机、新的军事装备等研究项目中无一例外地应用了这项技术。研究。

基于SL原型的电弧喷涂快速模具工艺研究

介绍了使用光固化成型件作为母模进行电弧喷涂快速制模的关键工艺,包括光固化成型件制作、母模制备、金属型壳制备、背衬制作、脱模以及后处理等。工艺具有母模制备灵活、制模工艺路线短、易脱模和金属型壳表面质量高等优点。根据工艺路线,制备了1副用于注射成型的Zn-Al合金快速模具,验证了该工艺在实际工程中的应用。

高熔点金属电弧喷涂快速制模涂层变形控制研究

采用ZnAl合金作为打底层材料,通过喷涂前对基体进行预热以及在喷涂过程中对基体和涂层进行温度控制,降低喷涂过程中涂层的温度梯度,达到减小涂层内残留热应力,减小甚至消除涂层的变形,得到较厚的3Cr13不锈钢涂层。该方法可用于制造高硬度金属电弧喷涂模具,为汽车样车试制和小批量生产服务。

立体空心血管网水凝胶支架的3D打印工艺研究

搭建同轴喷头打印系统,研究氯化铁溶液对由同轴针头打印出的藻酸盐水凝胶空心圆管的机械强度和成型结构的影响,建立3D打印优化工艺。将质量分数为2%~4%的海藻酸钠和质量分数为4%的氯化钙通过同轴针头打印出空心圆管。将质量分数为0.25%的雾化氯化铁溶液与空心圆管反应得到有氯化铁反应的空心圆管,力学试验发现经过与0.25%氯化铁反应的空心圆管的弹性模量(0.4677 MPa±0.279 MPa(2%海藻酸钠),2.0153 MPa±0.221 MPa(3%海藻酸钠),11.684 MPa±0.332 MPa(4%海藻酸钠))是无氯化铁溶液反应的空心圆管的弹性模量的5.4倍(2%),14.2倍(3%)和43.3倍(4%),其力学强度大大增强。机械强度增强的空心圆管完成了立体网络结构和螺旋结构的复杂类血管网,通过水凝胶溶液将其封装形成生物支架。灌流实验和细胞毒性试验表明该支架具有良好的生物相容性,可有效运输和灌注细胞培养液,满足了组织工程中制造大块软组织的工程化需求。

金属电弧喷涂成型快速制模关键技术与应用

金属电弧喷涂成型制模技术是一种基于"复制"的制模工艺,与传统制模工艺相比,具有制模速度快、周期短、成本低等特点。金属喷涂模具由金属型壳、背衬强化层以及模框等构成,是一种具有梯度材料结构的复合材料模具。关键制模工艺包括:母模制备、金属型壳制造、模框制作、背衬强化层制作、脱模以及后处理等。金属喷涂制模技术可用于制造注塑模具、热成型模具和板料冲压模具等。该文以大型汽车覆盖件模具的快速制造为例进行了详细介绍。

增材制造——创新与创业的利器

增材制造可以快速、高效地实现新产品物理原型的制造，为产品研发提供快捷技术途径。该技术降低了制造业的资金和人员技术门槛，有助于催生小微制造服务业，有效提高就业水平，有助于激活社会智慧和资金资源，实现制造业结构调整，促进制造业由大变强。

电弧喷涂快速模具内应力检测和喷涂工艺优化

以降低电弧喷涂厚涂层内应力为目的,对曲率法所依据的Stoney公式进行了修正.采用修正后的曲率法较稳定可靠地检测出了厚涂层的平均内应力,优化了喷涂工艺,提高了模具的成形精度,并成功应用于长为2 m的汽车外饰钣金件冲压模具制作.实验研究喷涂工艺（喷涂距离、喷涂电流、扫描轨迹和扫描速度）与涂层内应力之间的定量关系后发现：涂层内应力与单层涂层厚度呈现相似的变化趋势,但变化比例并不是一一相对应的;内应力随喷涂距离和扫描速度的增加以及喷涂电流的减小而递减,受扫描轨迹影响最显著.通过优化工艺,使涂层内应力降低了27.5％～63.9％.

喷墨打印光固化水凝胶工艺研究

针对可光固化水凝胶成形速度快、粘度低的特点,提出了一种包括电磁阀喷头系统和光源系统的喷墨式打印方法,能克服以成缸溶液直接扫描加工多种可光固化水凝胶存在的加工复杂、材料易被污染和损耗高等缺点。用光学显微镜对固化液滴和堆积直线进行了测量和分析,结果表明:随着喷头孔径和压力的增大,液滴固化直径增大;当浓度>30%时,随着浓度的增大,液滴固化直径减小。同时,建立了液滴固化和液滴堆积成形模型,形成的直线宽度不大于单个液滴的直径且宽度均匀。

3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计

针对熔融沉积造型3D打印喷头在打印过程中存在的热结构不合理引起打印精度差等问题,采用热力学分析和结构优化设计,解决3D打印过程中由热量导致喷头热变形引起打印精度差和其本身制造成本高的问题。经过仿真分析和实验与应用,验证了熔融沉积造型3D打印喷头结构的合理性,为3D打印技术产业化提供技术理论支持。

PEEK熔融沉积成形温度对零件拉伸性能的影响

作为一种高性能聚合物,聚醚醚酮(PEEK)具有耐高温、耐化学腐蚀、高强度等优点,但由于材料熔点高,采用传统制造方法难以实现复杂结构功能零件的低成本快速制造。针对该问题,利用高温型熔融沉积成形(FDM)设备开展了以PEEK为研究对象的FDM工艺实验研究。结果表明:通过合理控制打印机喷嘴温度、底板温度及成形室温度,可改善单层的线间搭接及层间的融合状态,从而使PEEK零件的最高拉伸强度达到77 MPa,接近传统注塑成形的力学性能指标,为难加工材料复杂结构成形过程中的控形与控性提供了新的解决方法。

高熔点金属电弧喷涂制模涂层缺陷产生机理及控制

在利用高熔点金属电弧喷涂技术制作快速模具的过程中,经常产生裂纹,分层剥离和胀起等缺陷,导致涂层缺陷的重要原因是涂层内残余应力。缺陷常发生在涂层最薄弱的位置。改变喷涂工艺,使涂层厚度尽量均匀,增加工艺补充,减少结构的应力集中,可以有效地减少或消除缺陷。

光固化注塑模模芯建造方式的优化研究

光固化注塑模模芯在脱模过程中极易发生拉伸破坏现象,从优化模芯强度出发,采用标准拉伸试样代替模芯,进行最优模芯强度的选择,以达到提高模芯寿命的目的。以C-UV 6651耐高温树脂为材料原型,通过光固化制作不同建造方向和分层厚度的标准拉伸试样,并对拉伸试样的拉伸强度进行对比分析。最终,实验验证了光固化成型方式制作的试样呈各向异性,确定了光固化拉伸试样的最佳建造方向为与拉伸方向平行,最佳分层厚度为0.05 mm。可将该实验结果应用于模芯制造中,以0.05 mm分层厚度和脱模方向建造模芯,以获得高强度、长寿命的模芯。

基于VOSET方法的高温金属熔池演化研究

增材制造过程熔池的演化研究是当前热点之一,但数值研究过程中通常存在由于模型简化过多或模型界面追踪不精确所导致的结果预测精度较低的问题。为了改善上述问题,本研究引入VOSET界面追踪方法并基于其建立了完整的金属熔池数值模型,同时通过激光热源加热铜板的实验验证模型正确性,最后在此基础上揭示了金属熔池的基本演化过程并分析其形成的原因。主要结论如下:激光沉积金属表面后,急剧上升温度梯度诱发切向马尔戈尼对流,对流作用快速增强并主导熔池演化,自由液面变形和熔池尺寸快速增大;受到水平物质输运的作用,熔池的切向演化相较于法向更加剧烈;熔池演化一段时间后会进入准稳态过程,此时其演化过程逐渐趋于平缓。

微纳尺度3D打印

复杂三维微纳结构在微纳机电系统、生物医疗、组织工程、新材料、新能源、高清显示、微流控器件、微纳光学器件、微纳传感器、微纳电子、生物芯片、光电子和印刷电子等领域有着巨大的产业需求,然而现有的各种微纳制造技术无论从技术层面还是在生产率、成本、材料等方面还难以满足高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构的工业级应用的需求.高效、低成本批量化制造复杂三维微纳结构(尤其是大面积复杂三维微纳结构)一直被认为是一项国际化难题,也是当前国际上学术界和产业界的研究热点,以及亟待突破的瓶颈问题.微纳尺度3D打印(微纳结构增材制造)在复杂三维微纳结构、高深宽比微纳结构以及复合材料三维微纳结构制造方面具有突出的潜能和优势,而且还具有设备简单、成本低、可使用材料种类多、无需掩模或模具、直接成形的优点.微纳尺度3D打印被美国麻省理工学院(MIT)的《技术评论》列为2014年十大具有颠覆性的新兴技术.本文论述了近年国际上微纳尺度3D打印重要的研究进展和代表性研究成果,微纳尺度3D打印典型重大应用,阐述了微纳尺度3D打印当前面临的挑战性问题,并探讨了微纳尺度3D打印未来的应用前景和发展方向及趋势.为深入开展微纳尺度3D打印、增材制造和微纳制造的科学研究和工程化应用提供一定的借鉴和参考作用.

轿车门内板成形工艺参数敏感性分析

为提高覆盖件成形模拟效率,采用特征分析、数值模拟与正交试验相结合的研究方法对某车门内板成形工艺和工艺参数敏感性进行了研究。特征分析的结果表明:窗框转角及凹槽处易裂,零件转角处易皱,门内板窗框合边面刚性差。通过对工艺进行模拟调整,成形性能得到了改善。正交试验得到部分工艺因素的敏感性排序,敏感性从高到低为:凹模圆角半径,拉深筋高度,摩擦系数,坯料尺寸,压边力,凸凹模间隙。研究结果表明:基于对产品的特征分析,结合关键工艺参数的敏感性关系对板料成形过程进行模拟优化是合理制订汽车覆盖件成形工艺的有效途径。

中国精密机床行业仍需“爬坡过坎”

2015年5月国务院印发《中国制造2025》,这是我国实施制造强国战略首个十年的行动纲领。我分三个阶段做了路线图:第一个阶段,我国要从第三方阵走向第二方阵;第二个阶段,我国成为第二方阵的前列;第三个阶段,可以走向第一方阵。