结合3D打印技术,对小型机械臂进行控制系统设计,开发出一种多自由度机械臂3D打印机。首先对机械臂进行正逆运动学求解,然后对路径进行插值计算,最后做轨迹规划,使机械臂实现3D打印功能。该研究提高了打印机运动平稳性和打印精度,打印姿态更为灵活,打印产品具有多样性。

针对某紧耦合相控阵天线中密集组件的散热问题,提出一种轻型多孔液冷冷板结构设计。不同于传统的平直型和仿生型微通道,该冷板在避开数量众多器件插孔的前提下,采用铝合金3D打印形成内部流道,在进出水口设计叉排肋柱对冷却液进行分流,从而最大程度地增大了冷却面积,并且减轻了结构质量。运用Flo EFD对该冷板进行传热仿真计算,运用ANSYS进行强度校核。经过试验验证,该轻型多孔液冷冷板能完全满足多通道T/R组件巨大的散热需求,对相控阵天线结构小型化设计具有一定的参考价值。

针对3D打印切片轮廓数据的冗余问题,提出基于二分法的3D打印切片数据精简方法。该方法将切片轮廓数据上若干个连续数据点作为一个簇,以簇内数据点的角度和弦高为依据,通过对簇点数的二分迭代来确定需要保留的数据点。实验测试结果表明,该方法在簇内初始点数为10~20时,迭代结果能够在较短的时间内得到稳定,并且能够有效地对切片轮廓数据进行精简,实现精简后的数据按曲率合理分布。

轻量化设计和3D打印是近年来快速发展的热门技术,为了研究摩托车连接件轻量化的问题,利用Altair Inspire轻量化设计软件,分别选择“最大刚度”、“增加至最大频率”、“最小质量”为设计目标对摩托车连接件进行轻量化设计,结果表明以最大刚度为设计目标可以获得较好的摩托车轻量化连接件,其质量相对于优化前减少181.34 g,有效减重70.15%,材料减重明显;最小安全系数提升0.2,优于优化前的最小安全系数;最大形变位移增加0.3495 mm,达到0.4983 mm,满足在实际情况下的总体设计要求,即最大变形位移小于1.2 mm,达到了摩托车连接件轻量化设计的目的。再通过3D打印技术制造出轻量化后的摩托车连接件。

为了防止开放式桌面型FDM 3D打印过程中产生的有害气体对空气环境和操作者带来健康危害,设计了一种3D打印有害气体的处理装置。实验结果表明,该装置能够有效降低苯乙烯浓度,有效处理打印过程中产生的有害气体,具有较强的适用性和经济型,对于已有的3D打印机只需直接加装该装置便可以实现绿色环保打印,也为已有裸露FDM 3D打印机打印产生的有毒气体的处理提供了一种经济有效的处理方法。

对吹风机外壳的非接触测量和其三维建模进行研究分析,通过采用PowerScan扫描系统对吹风机外壳进行三维测量,借助Studio软件进行点云的处理操作,得到优质的点云数据。将数据导入Geomagic Design软件进行逆向三维建模导出IGS,然后通过UG导出.stl文件格式。最后借助UP BOX 3D打印机打印出实体,从而把数据模型变成直观的实体模型。

融合拓扑优化和3D打印技术,剖析优化过程中的几何模型、物理模型、拓扑优化、概念设计等问题。提出了一套适应于概念桥结构设计的设计方法,构造了概念桥的3D模型,并将概念桥3D打印加工成型。

目前颈椎治疗主要通过治疗仪将病变的颈椎牵引到正常的生理曲度,这些医疗器械的设计都要对颈椎进行生物力学分析。研究采用有限元分析方法,根据1位颈椎病患者的全颈椎(C~C)的CT图像,逆向重建光滑的颈椎模型,直接导出STL模型,然后导入3D打印软件中进行打印,同时通过ANSYS软件对颈椎模型进行模拟站立、前屈、后伸的有限元加载试验,最后分析颈椎患者的应力分布变化。结果显示,将30 N预载荷加载于颈椎模型之上时,最大等效应力3.7716 MPa分布在寰椎上;当对其施加1.53 Nm的弯矩时,最大应力1.86 MPa出现在椎体后缘,且椎间盘内部等效应力由上往下慢慢增大。快速逆向重建颈椎3D模型,可通过对颈椎模型施加载荷,模拟颈椎生理活动的过载实验,得出颈椎受力后的应力数据,可以为颈椎按摩仪的设计提供参考。

在机械制图教学中,授课教师需要自制或定制实体模型教具,以帮助学生快速理解课程内容。尽管课堂教学过程中使用了多种微课动画等信息化教学手段,学生仍然很难理解空间较复杂组合体教学内容。使用教学实体模型教具演示后,学习效果明显提高。采用智能制造3D打印技术制造机械制图教学实体模型教具是一个有效的方法,具有很好的实际意义。

3D打印模型的轻量化是减少打印耗材与成本的关键,为此提出一种基于桁架的模型轻量化方案,该轻量化方案主要分为基础结构生成以及强度优化两个步骤,其中基础结构由模型外壳与内部桁架构成,强度优化则通过受力较大部位填充实现。首先对模型3D打印模型进行抽壳,并同时生成模型的内核,接着读取内核文件数据计算出内部桁架,再对模型进行力学仿真并提取仿真节点,筛选仿真结果后对剩余节点进行填充。该方案能实现模型的轻量化并能根据仿真结果进行结构调整,并且针对过去所提出基于桁架的轻量化方案存在的问题做出了改进。