针对薄膜电极的制备,设计并搭建了螺杆挤出式3D打印装置。首先设计了螺杆挤出装置,并对螺杆转速、喷头移速以及挤出流量进行了研究,搭建了一种基于电气比例阀的气路控制系统,可实现远程调控气压,从而为螺杆挤出装置供料。然后选取陶泥悬浮液进行打印实验,研究了螺杆转速、喷头移速对打印成型的影响,确定了Fe2O3油墨最优配方,进行实验来验证了打印薄膜的平整性,并确定了较优的工艺参数;最后以钒酸锂(LiV3O8)为主体的热电池正极油墨为打印材料来打印薄膜电极,并测试其放电性能,结果表明,打印的薄膜电极成型精准,致密性良好,放电性能优异。该打印装置适合电极油墨材料的打印。

介绍了挖掘机用多路阀铸件的结构及技术要求,详细阐述了该铸件的铸造工艺。基于3D打印技术,无需考虑铸型的起模性,组合众多阀杆、油道砂芯形成集成式阀芯。生产制造过程中,3D打印的集成式阀芯配合传统的手工造型,既简化了多路阀的生产难度,也显著提升了生产效率,降低了生产成本,且铸件内腔油道尺寸达到CT8级标准,铸件外观质量良好,铸件内腔未出现披缝,对各解剖片进行超声波探伤,也无明显缺陷。

新研产品的生产周期及生产成本一直是传统铸造方法的弱点。为保证新研产品铸件的一次试制合格,简化了毛坯外形,设计铸造工艺方案,铸件内腔采用3D打印砂芯成形,铸件浇注后外形由机加工成形。简化后的模具加工总共用时15天,同步3D打印砂芯,每项铸件打印壳芯约一周时间。若壳体外部结构更改,本套模具还可继续生产铸件,若内腔油路更改,可用3D打印重新打印,大大降低了生产成本,为科研生产提供有力保障。

对Delta型3D打印机多能域机、电耦合系统展开了动力学建模研究。利用旋量键合图在并联机器人动力学建模上的优势,构建了该打印机机械本体子系统的动力学模型,并结合传统键合图建立驱动子系统的动力学模型,获得打印机系统机、电耦合的全局动力学模型。对于给定的动平台运动轨迹,对比Adams数值仿真、Matlab理论计算以及实验实测驱动力结果,证明了该机构多能域系统动力学全解模型的正确性。该成果为后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础,也为其他机械系统动力学建模提供了新思路。

通过在OPC-SAC体系和矿物掺合料组成的复合胶凝材料中掺入中空玻璃微珠,制备出了符合挤出式建筑3D打印要求的材料。实验结果表明,复合胶凝材料体系初凝时间为11~19 min,终凝时间为20~45 min;3 d抗压强度为50~70 MPa,3 d抗折强度为5~7 MPa,28 d抗压强度为60~90 MPa,28 d抗折强度为7~12 MPa;可满足建筑3D打印的可挤出性、可建造性和可连续性的要求。

由柔性材料制成的软体机械手不仅可以提高人机交互的安全性,而且对抓取对象也有一定的保护作用。设计了一种基于低成本3D打印技术的通用型负压软体机械手,该机械手主要由软体驱动器、手指和吸盘组成。软体驱动器提供动力,手指和吸盘用于抓取,且手指和吸盘既能独立又能组合工作。软体驱动器采用波纹管结构,并通过有限元仿真分析了不同结构参数对其收缩性能的影响。经过实验测试,在-0.05 MPa气压下,软体驱动器最大末端驱动力为22.53 N,最大收缩量为36.72 mm,软体机械手最大指尖力为4.86 N。实物抓取试验结果表明,该机械手能够抓取0~300 g范围内不同大小、形状和纹理的物体。

针对六轴机械臂3D打印的关节运动规划问题,基于ROS搭建六轴机械臂3D打印仿真平台。采用KDL正逆运动学求解器及OMPL轨迹规划器对关节运动进行规划。针对末端执行器打印头运动与挤出机运动的不同步问题,通过速度正运动学获得机械臂末端执行器打印头的线速度;根据打印头的挤出工艺参数,建立挤出机的挤料速度与打印头移动速度之间的关系,进行挤出运动规划。结果表明:利用所提方法可实现六轴机械臂在3D打印平台上的集成;打印零件时出丝量较为均匀

为了解决传统液压阀块体积笨重、制造工艺繁琐且效率损失大的问题,使用3D打印和流体拓扑优化相结合的方法对液压流道进行优化设计。以入口和出口处压差最小为目标,通过流体拓扑优化对常见的液压阀体T形通道进行优化,得到更加符合流体特性的流道,并设计了可以无支撑进行3D打印的圆角正方形截面形状,进行了3D打印试验,优化后的流道3D打印成形效果较好。利用Fluent进行流体仿真,结果显示,当入口流速在2~5 m/s时,优化后的流道有效避免了气穴的形成,最

以吸尘器为例,详细阐述了逆向工程技术和快速成型技术在产品设计中的应用和实现。采用三坐标测量机测得吸尘器表面若干空间点数据,利用U G N X 6.0对其点云数据进行处理并完成三维C A D模型的重建,最后基于3D P技术实现对吸尘器原型的快速成型制造,从而为后续对新产品进行快速评价、结构优化验证和性能测试等方面打下坚实的基础。结果表明,逆向工程与快速成型技术相结合,为新产品尤其是复杂型面产品的设计与制造提供了更为广阔的平台,并且缩短产品开发周期、降低试制成本、避免产品研发失败的风险,可以极大地提高企业的竞争力和经济效益。

针对台灯灯罩在结构、外观、性能等方面进行个性化的设计，创造性地研制出一种可更换艺术灯罩、可以旋转并且可以充电的灯具。该台灯无需电线插头，可以在同等规格下使用多种灯罩并且可以旋转，不受电源限制可随处移动，因此具备更广的适用性。