面向3D打印可变模量金属假体的微结构设计

为了解决假体与骨的弹性模量存在较大差异而造成应力遮挡的问题,基于3D打印在制造多孔微结构的优势,将假体设计为多孔结构能有效降低模量,缓解应力遮挡。但是,如何优化微结构几何参数以实现假体模量的最佳匹配仍然没有得到解决。因此,提出了一种面向3D打印的可变模量金属假体的微结构设计方法,旨在获得与宿主骨模量相匹配又具有可加工性的生物型假体。针对体心立方单元(BCC)和增强体心立方单元(RBCC),采用有限元法计算了两种多孔单元沿轴向、面对角线和体对角线方向的弹性模量,建立了单元弹性模量与支柱直径的函数关系,分析了单元各向异性随支柱直径变化的规律,研究了棱边直径和单元尺寸对单元弹性模量的影响。结果表明:在加工精度范围内,通过减小支柱直径能实现单元等效弹性模量与骨模量一致性要求;在各向同性上BCC单元要优于RBCC单元,而且增大棱边直径有助于提高单元各向同性;由于BCC单元能实现相邻不同模量的单元界面连续拼接,故选用BCC单元构建模量可调的假体,可变模量范围为15.9~100 GPa。该设计方法可用于构建具有模量梯度结构的生物假体,以实现关节应力最优分布。

FDM打印工艺对成型件精度的影响

FDM打印的关键问题就是成型精度,采用正交试验的方法对成型件加工过程中的工艺参数进行优化,在得到好的成型精度的基础上获得了较好的工艺参数组合。

滚转角测量中直角棱镜相位损失及解决方法

在利用正交偏振光外差干涉相位法测量数控机床滚转角误差的过程中,发现反射元件直角棱镜造成的相位损失对系统分辨率产生了不可忽略的影响,通过琼斯矩阵运算,量化了该相位损失对实验结果的影响,并进行了实验验证;同时,针对相位损失问题,提出了基于高反膜相长干涉原理的解决方法。结果表明:直角棱镜引入的相位损失使测量系统在灵敏区的放大倍数降低了40.7%,而基于平面反射镜的解决方案基本消除了相位损失对测量系统分辨率的影响;滚转角误差引起的相位变化幅度由原来的55.8°上升到使用平面反射镜时的349.2°,与参考实验数据358.5°的变化幅度十分接近,从而证明了应用高反膜相长干涉原理解决相位损失问题的可行性。该原理和方法同时为解决全反射导致的光学相位变化问题提供了理论依据和解决思路。

瞬心轨迹不连续的人工膝关节仿生机构

人体膝关节的运动是一个复杂三维的运功,其运动既有滚动也有滑动,并且滚动滑动是按一定的比率进行的,其运动的瞬心线并不连续。目前常用的连杆式人工膝关节机构的瞬心位置越高其站立期的静态稳定性越好,但是其摆动期的动态稳定性降低,两者互为矛盾。针对此问题,设计了一种瞬心不连续的人工膝关节仿生机构,并且对其进行分析,推导出其实现纯滚动、纯滑动及滚动和滑动并存的连接条件。该人工膝关节机构有时变瞬心,可以同时具有较好的静态稳定性及动态稳定性,较好的解决目前人工膝关节动态稳定性和站立时的静态稳定性相互矛盾的问题。

基于光固化成形的快速熔模铸造组树方法

介绍了基于光固化(SL)成形的快速熔模铸造的组树工艺。通过3D打印制作薄壁空心蜂窝结构的光固化树脂原型代替传统蜡型进行熔模铸造,内浇道设置在树脂原型上,采用传统的蜡浇注系统。这种工艺方法降低了快速熔模铸造的生产成本、提高了组树的连接可靠性,有利于连接挂具实现标准化作业,同时也避免了焙烧过程中型壳的开裂现象。

基于FDM的PEEK丝材挤出工艺研究

采用差示扫描量热仪对PEEK的熔点温度进行了测量,确定了挤出成型加热温度范围;用毛细管流变仪对PEEK的流变性进行表征,研究了该材料在剪切速率下的流动性,并获得剪切速率—黏度和剪切速率—剪切应力曲线,为后期挤出成型工艺提供了重要的参考数据;为了精确控制PEEK挤出成型过程中的线径,研究了单螺杆挤出成型机挤出成型过程中主要工艺参数对不同线径的影响规律。实验结果表明:进料区温度370℃,送料区温度372℃,挤料区温度368℃,螺杆速度11.3 mm/min,收卷速度20 mm/min,牵引速度2.6 mm/min时,线径可控制在(1.75±0.05)mm范围内。

光固化快速成型树脂模具在铸造工业中的应用

介绍了光固化快速成型在塑料模制作中的特点、优势及在铸造工业中的应用情况,通过应用实例说明光固化快速成型技术在快速铸造中的应用类型,其在新产品开发和单件小批量生产中有非常重要的意义,为汽车发动机类铸件的开发提供了一条新思路。

基于光固化快速成形的快速熔模铸造设备

介绍了基于光固化(SL)快速成形的快速熔模铸造设备,包括3D打印及树脂原型后处理设备、制壳设备、蜡处理设备、焙烧设备、熔炼浇注设备和铸件后处理设备;3D打印设备用于制作熔模铸造树脂原型代替蜡型;蜡处理设备用于制作蜡浇道、脱蜡及蜡回收;制壳设备用于制作型壳素坯;焙烧设备用于焙烧型壳并使树脂原型气化。

选区激光熔化体心立方多孔结构的各向异性

使用选区激光熔化(SLM)技术制备了Ti6Al4V钛合金体心立方多孔结构,分别研究了线能量密度和微杆直径对体心立方多孔结构成形方向(Z向)和非成形方向(X/Y向)压缩性能的影响。结果表明,采用SLM技术成形的体心立方多孔结构存在明显的各向异性。随着线能量密度的下降,体心立方多孔结构的抗压强度先增大后减小,其各向异性程度在最优参数下达到最低。随着微杆直径的减小,体心立方多孔结构的各向异性程度逐步降低;当微杆直径降至0.4mm时,各向异性程度仅为3%左右。研究表明,即使是各向同性的多孔结构,采用SLM技术成形后,也会表现出明显的各向异性;这种各向异性与成形质量和层间界面有关,通过调整工艺参数及修改模型特征尺寸可以在一定程度上减弱这种各向异性。

直角棱镜的保偏反射膜设计及分析

光波经过光学位移反射器后,由于全反射的存在,入射光的s偏振分量和p偏振分量在相位上将产生一个额外的常量差值,这将导致出射光相对于入射光的偏振状态发生变化。通过分析高反膜的反射机理及其结构特征,同时结合直角棱镜的几何结构,提出了基于高反膜膜系结构的直角棱镜保偏膜设计方法,该方法通过将设计膜系镀制到直角棱镜的两直角面上,使光束经过直角棱镜平行反射后,偏振状态保持不变。同时,对该方法进行了可行性研究和误差分析。结果表明,该方法结合目前成熟的高反膜制作工艺,理论可行,易于实现商业化应用;对于光波的小角度入射误差而言,方案所述镀膜直角棱镜的保偏特性表现出良好的稳定性。

快速成型工艺及设备的最新进展

快速成型工艺,设备经过20多年的发展,由最初的SLA(立体光固化)。LOM(分居实体制造),SLS(选择性激光烧结)以及FDM(熔丝沉积制造),逐渐形成以它们中的一、两种快速成型工艺,设备为主,先后出现面曝光成型,线曝光成型,冷冻(冰)成型,电子束焊接成型,(微束)等离子焊接成型等多种方法。本文重点介绍西部快速成型工艺及设备的发展历程以及应用情况,并以陕西恒通智能机器有限公司为例介绍典型的快速成型工艺及设备的最新进展。

基于密集点云的逆向重建及快速制造方法研究

主要介绍了基于密集点云的快速模型获取、三维模型获取和使用零件获取的快速途径。实践表明,依靠密集点云可以快速、准确的从已有实物得到数字模型,进行设计、改进,再利用快速成型技术制作原型进行验证,从而缩短产品设计和制造准备的周期,使产品提前上市,获得有利的市场地位。