首先对3D打印中央控制系统中主要组成模块的研究现状进行了详细介绍,包括3D打印运动轨迹控制与优化和温度精确控制;其次描述了现有的控制系统与其他相关功能,主要包括限位控制、自动调平以及力控制,其中力控制为打印一些特殊器件提供了可能;最后针对3D打印的相关应用领域与现存问题进行了介绍,包括航空航天和医疗领域的智能制造。

结合3D打印成形特点进行成形精度与表面粗糙度控制,开展了液冷板流道工艺适应性改进设计及工艺模型设计。提出了一种适用于3D打印液冷板的液态磨粒流抛光、化学循环抛光的流道后处理工艺。基于瞬态平面热源法(hot disk)测量得到了3D打印AlSi10Mg材料的导热系数。经仿真与试验分析表明,3D打印液冷板流阻性能、环境适应性能满足产品质量要求,具备工程项目应用可行性。

3D增材制造产品成型过程中,各个关键参数的实时监控具有十分重要的现实意义。这里搭建了3D打印数采分析系统,提出了以ABB机器人、DeviceNet模块等为主体硬件,DeviceNet为实时通讯协议,C#为开发语言及SQL Server为数据库的设计方案,同时通过ARIMA时序机器学习模型,对采集的数据进行自相关函数分析。研究表明,数采分析诊断系统可以对机器人在3D打印过程中的各项数据进行实时监控,通过ARIMA模型的训练可以在焊接过程中对异样参数进行提前预警,从而对工艺参数的优化和产品质量的提升都有实际参考价值。

提出一种静电纺丝和3D打印结合制备神经导管的新方法,其中对3D打印法制备多通道神经导管的工艺进行了研究。设计正交试验分析了3D打印参数对打印线高线宽及打印质量的影响主次关系,得到了多通道神经导管的3D打印最优参数,在最优参数下,通过静电纺丝和3D打印结合的方法制备了多通道神经导管。结果表明喷头内径0.25mm、扫描速度6mm/s和送料速比0.004为最优参数,且通过分析对线高线宽影响最大的是送料速比,其次是喷头内径,最后是扫描速度;而对均匀度影响最大的是送料速比,其次是扫描速度,喷头内径对偏差的影响最小。

脊椎融合术中使用的传统椎间融合器是批量化生产的标准化产品,可能会导致植入的椎间融合器上下表面不能与相邻椎体的上下终板良好匹配。文中根据患者的CT数据设计了定制化的颈椎椎间融合器,椎间融合器的上下表面可与相邻椎体的上下终板良好的接触。针对1.5mm,2.5mm,3.5mm三种壁厚的椎间融合器进行了有限元分析,结果表明三种壁厚椎间融合器的最大应力都小于椎体皮质骨和聚醚醚酮(PEEK)材料的屈服强度。采用3D打印的方法制备了三种壁厚的PEEK试样进行压缩实验,结果表明三种壁厚的试样都能满足承载要求。壁厚1.5mm时,植骨孔的横截面积比壁厚2.5mm和3.5mm分别大20.2%,49.8%,适于制备椎间融合器。

在云制造环境下,针对分布式3D打印任务与3D打印设备资源的供需匹配问题,首先,充分考虑云制造环境下用户订单与3D打印设备资源在空间的异构性以及生产目标要求多样的特征,提出了一种云制造3D打印服务平台,并在此基础上构建了云制造下分布式3D打印任务调度的多目标优化模型,可以实现分布式3D打印任务的时间和成本最优;然后,提出了一种改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解该多目标优化模型,并与传统NSGA-Ⅱ算法进行对比分析,得到包含多个解的Pareto最优解集;最后通过算例仿真验证了其有效性,发现其能够很好地解决云制造环境下的分布式3D打印任务供需匹配问题。

陶瓷浆料的挤出成形系统具有较强的参数时变性,传统的PID控制方法难以精确控制实现挤出压力的快速稳定,造成料筒内陶瓷浆料受力紊乱,影响挤出丝的成形质量进而影响陶瓷制件的精度。针对以上问题,对陶瓷浆料挤出过程中的压力变化进行分析,在传统PID控制的基础上,引入模糊自适应PID控制方法控制打印系统的挤出过程,并进行了过程仿真和实验。结果表明,模糊自适应PID控制方法优于传统PID控制方法,可以快速有效地稳定挤压力,提高陶瓷零件成形质量。

介绍了发动机气缸盖铸件的结构及技术要求,详细阐述了该铸件的内浇注位置选择、分型面设计、缩尺设计、浇注系统设计、冒口及冷铁设计,利用数值模拟软件对铸件充型及凝固过程进行模拟分析,确定较为合理的铸造工艺,并在实际生产过程中的操作进行严格控制,采用3D打印工艺打印砂芯。生产结果显示:铸件的综合废品率控制在6%,铸件关键区域经RT检测无缺陷,由于采用3D打印砂芯技术,解决了铸件底层水腔披缝问题,气道表面粗糙度也符合技术要求。

以设计一款新型的方向盘转角传感器为目的,首先研究其背景,再分析传感器的运行原理,然后使用CATIA软件绘画出转角传感器各机构的零件图以及总装配图,并用3D打印机打印出模型,接着对模型进行组装,最后对传感器模型进行线路测试得出转角角度与输出电压的关系线图,根据实验数据对传感器的性能进行评估。

分析传统桌面级熔融沉积成型(FDM型)3D打印机喷嘴的结构特点,选择喷嘴流道直径、收缩角与喷嘴温度作为试验变量,进行正交仿真试验。分析喷嘴熔体压力场、速度场、黏度场、温度场以及剪切速率场的分布状态。以稳定的出口截面速度、较低的流道熔体黏度以及较高的出口压力作为提高喷嘴打印精度与确保打印过程顺畅的优化目标。通过极差分析,确定三因素分别作用下每个优化指标的变化规律,并基于遗传算法求解多目标优化问题。结果表明:出口速度方差的最显著影响因素为流道直径,流道熔体黏度与出口压力两指标的最显著影响因素为喷嘴温度;综合考量,喷嘴流道直径为1 mm、收缩角为30°且在200~210℃工作时,能够实现较优指标的聚丙烯熔体打印。