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。

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。

空心涡轮叶片陶瓷铸型微细结构负压吸注充型工艺研究

为了提高在基于光固化成型技术的空心涡轮叶片型芯、型壳一体化陶瓷铸型制造方法中陶瓷浆料对微细复杂结构的充型能力和铸型结构的完整性,提出了负压吸注凝胶注模工艺方法。以某型号空心涡轮叶片的冷却通道微孔为研究对象,利用细长管道充型原理,分析了凝胶注模工艺制造陶瓷铸型的充型行为。采用仿真分析的方法,在不同进出口压力差下,对冷却通道微孔简化模型负压吸注的充型情况进行模拟仿真,得到合理的负压吸注进出口压力差参考值,通过负压吸注实验和工业微米X射线成相系统检测对仿真结果进行验证。最后,分析了负压吸注工艺对陶瓷铸型性能的影响。研究结果表明:当氧化铝基陶瓷浆料固相体积分数为60%、负压吸注的进出口压力差为0.03 MPa时,可实现空心涡轮叶片冷却流道微孔结构的凝胶注模完整无缺陷充型,并且可以提高陶瓷铸型坯体的致密度和强度。

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。

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。