利用浆料直写技术可实现陶瓷3D打印的无模常温成型,基于螺杆挤出机在食品加工等领域的广泛应用,提出一种螺杆挤出结构代替原有的针筒式挤出结构,为了理解陶瓷浆体在螺杆螺道内的流动情况,首先通过流变仪测定了浆体的流变特征并采用MATLAB拟合了浆体的本构方程,最后利用格子Boltzmann方法(LBM)对流动过程进行了分析,获得了流线图及速度场分布情况,由数值模拟的结果可以发现,浆体的流动主要集中在螺道的中部,而在靠近壁面的部分速度较小。

开展了曲面共形天线液冷板的3D打印结构协同设计,形成了适合于3D打印成型的曲面液冷产品结构。梳理了曲面液冷板3D打印成型工艺流程并划分为3个主要阶段。研究了曲面液冷板残余应力及宏观变形控制、微细流道尺寸精度控制技术,开展了微细流道粉末清除试验,成功制备了满足尺寸精度与散热需求的曲面共形天线液冷板。

异质材料零件3D打印兼顾多种优点,在汽车、航空航天、医疗和食品工业等领域具有广阔的应用前景,逐渐成为国内外3D打印领域的研究热点。异质零件主要包括多材料零件、梯度功能材料零件和多相材料零件。不同类别的异质零件(HEO)成形材料在硬度、耐蚀性和环境适应性的表现各不相同。系统性阐述了异质零件成形材料及其制备与性能测试,作为异质零件3D打印的基础。

印制电子技术与3D打印技术相结合是目前的研究热点,为提高3D打印工艺所制得电子电路产品的导电率、打印精度及其机械性能,对在电工电子领域应用较为广泛的银导电墨水、聚乳酸复合材料及石墨烯材料等7种典型导电复合材料,进行了材料制备对比试验,并对制备出的材料进行了性能测试。各材料测试结果表明,通过适当的制备方法,同时搭配适宜的3D打印工艺能够有效地提高电子电路产品的性能。

传统加工方法难以精确控制各材料分布,只能制备材料分布比较简单的零件,异质材料零件3D打印技术具有材料、结构和功能并行设计与制造的特点,能够实现多种材料的可控定量按需打印,制作出不同组分和分布的多材料异质零件,在航空航天、特种工业、医学工程等领域具有广阔的应用前景,成为国内外3D打印领域的研究热点。介绍了多材料零件3D打印成形工艺技术现状及特点。

3D打印技术兼具材料、结构及功能一体化设计制造成形的特征,尤其是以数字微滴喷射工艺为基础的3DP工艺,因其能实现多种材料的可控定量定点喷射沉积,能制作出不同组分和按需分布的多材料异质零件,因此在异质零件的成形方面具有独特优势。基于此,介绍了以数字微喷工艺为核心的3D打印技术制作异质零件的成形方法及成形工艺。

为了研究成型温度对3D打印人工神经导管工艺精度影响,利用FDM式3D打印机,在不同温度下进行人工多通道周围神经导管的制备。通过对实验中挤出材料的温度变化进行采集分析,并利用显微镜对成型的人工神经导管进行外观形貌分析,观察并测量了管壁的缝隙壁厚、线宽、表面质量等。实验结果表明丝材挤出后,距针头出口距离小于0.5mm时材料温度下降(8~26)℃之间,当温度控制器设定在(120~160)时挤出材料在芯轴上冷却到PCL熔点的时间在(0.6~0.8)s之间,(130~160)℃区间时打印的神经导管壁厚平均值在最小范围且趋势更加平滑稳定,单层神经导管横截面呈显圆滑外轮廓,相邻圈间无缝融合,当温度小于160℃时管壁外表面最高点与最低点平均值差值小于60μm神经导管成型精度好。因此得出(130~160)℃区间适合打印,实验一般选用145℃。

多材料零件也称为异质材料零件,其打印技术突破了单一材料3D打印的局限,实现了零件的多材质、多功能一体化制造。应用多材料3D打印技术可以进行更复杂的功能性零件的打印,通过高分子材料、低熔点合金材料、陶瓷等不同有机和无机物质的巧妙结合而制作出异质零件。由于优异的性能,异质材料零件具有广泛的应用领域,如生物医学工程、国防工程、工业制造、特殊功能性器件等。

随着3D打印技术的日益成熟,用户开始通过使用云服务平台来完成产品的个性化定制,然而在3D打印云服务平台的体系下,存在着大量创意设计资源浪费的现象,因而对浪费的资源再利用十分重要。对此从用户需求角度出发,基于语义关系图筛选出创意资源的文本关键词,通过语义相似度算法进行需求匹配,然后结合创意价值评估体系筛选出需求最优解供用户进行再利用。最后通过实验仿真,验证了该方法的适用性和有效性,该方法可以提高的创意设计资源的利用率,节约成本和提高利润,能够有效提高企业的产品个性化定制服务水平。

分析了聚丙烯(PP)纤维掺量和长度对拌和物流动性和流变性的影响,研究了不同打印喷头直径、打印层高下,PP纤维对拌和物挤出性和建造性的影响,探讨了PP纤维3D打印混凝土吸水率、抗压强度和抗折强度的性能特征。结果表明:掺入PP纤维对拌和物的流动性、流变性、挤出性有负面影响,但有利于建造性;当PP纤维掺量为0.6%、长度为9 mm时,试件的抗折强度提升了80.8%;综合可打印性、力学性能和实例验证,当打印喷头直径为20 mm、打印层高为8 mm、PP纤维掺量和长度分别为0.6%、9 mm时,PP纤维3D打印混凝土的各项性能最佳。