基于FDM技术的3D打印方式在先进制造领域应用越来越广泛,打印过程中由于熔融材料快速冷凝而发生收缩.现阶段没有合适手段检测打印件内部应变.光纤光栅具有柔性特征,可以粘合在打印件内部通过实验监测内部应变.本实验的研究对象是以PLA作为3D打印材料,通过在3D打印过程中将光纤光栅埋入实验样本,通过拉伸实验和温度实验测试了该材料的内部应变变化以及确认残余应力.

常规的砂型3D打印机打印效率低,不能满足3D打印在铸造业的产业化应用需求。根据3DP(3D printing)基本工作原理研发了一种多工作箱砂型3D打印机,阐述了其关键结构的设计及工作流程。与常规砂型3D打印机相比,多工作箱砂型3D打印机可显著提高打印效率。

为降低减速机产品研发的技术难度与实验成本,以某型二级减速机系统为依据,设计开发了基于SolidWorks平台的数字化样机,并利用正弦函数构建电机驱动表达式,通过Simulation/Motion模块对其传动系统进行运动学仿真分析。在此基础上,利用C语言编程和STC12C5A60S2单片机开发,设计建立了二级齿轮传动系统控制模块,并借助3D打印构建了齿轮三维制件,最终搭建形成了一套针对减速机传动系统控制的机电一体化模型。可方便快捷地实现不同工况转速下的齿轮传动特性测试与实验验证,为减速机产品的设计开发提供了有效的实验思路与支持平台。

为解决排种盘研发时间长和生产成本高等问题,设计了一种3D打印排种盘并满足排种精度要求。介绍了3D打印技术核心理念和工作原理,分析了3D打印技术的重要性及其作用,建立了排种盘的三维模型并进行ANSYS仿真分析,各项指标结果符合排种盘的许用范围。采用单因素试验方法进行了3D打印和传统排种盘的对比试验,分析结果表明3D打印与传统排种盘试验中各项评价指标相差不大,浮动不超过3%。3D打印排种盘能够满足农艺播种要求,促进农业机械制造快速发展。

针对鞋楦三维模型,提出了基于知识工程的鞋楦模型重建及鞋楦曲面参数的设计方法。采用便携式关节臂测量仪获取样楦的点云数据,利用逆向处理方法重建了楦底和楦面。为了便于修改和调整鞋楦模型,楦底以中轴线为基准,确定关键基准点,并设置辅助参考点,从而方便精确控制鞋底轮廓曲线,再由鞋底空间控制曲线,最终建立完整的鞋底模型。楦面以最小二乘逼近法反算出沿长度和宽度方向的若干条NURBS曲线,依次连接曲线生成可局部变化的楦面模型。采用PLA料丝,在加热温度200℃、打印速度60mm/s,填充率15%等参数下,最终打印出尺寸精度误差3%以内的鞋楦。本论文获得的鞋楦模型创建及加工方法,模型数字化程度高,便于鞋楦改型,也便于进行鞋型开发,对于个性化鞋楦定制具有重要意义。

为改善组织工程骨支架机械性能、表面孔隙形貌及内部微观颗粒结构,利用自行研制机械式挤出3D打印装置制备PVA/SF/HA复合材料组织工程骨支架,通过超声波处理以达到对组织工程骨支架的改性。探究在频率40kHz,功率为70W,处理时长为90s、280s、480s的三种不同情况下,通过进行SEM、XRD、FT-IR和力学实验测试来表征样品。结果表明经超声波处理过的支架,其抗压缩和抗剪切性能均有较为明显的提高,表面孔隙形貌和微观颗粒结构也都有显著改善,并且随超声波处理时间的增加,力学性能和表面形貌的改善越明显。

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计。采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM3D打印喷头。用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。

航空液压壳体管路相互交叉、结构复杂、加工难度大、加工周期长,为了突破传统加工方式的限制,需对其进行面向3D打印的造型设计优化。通过基于NURBS的曲线、曲面算法建立一套适用于液压壳体管路的造型优化方法,采用边线提取方法得到特征线,依据尽可能减小流阻和能量损失的原则进行管路走向设计。以体现3D打印技术优势为目标,以实现产品功能为约束,进行液压壳体管路造型优化,并进行流体仿真分析验证。结果表明:优化后的Z形管路最大局部压力减小99.8%,负压区明显减少,流速降低;优化后的液压壳体表面压力分布更均匀,压力损失减少53.2%,壳体性能得到显著提升。

为观察疏通3D打印机喷嘴装置的运动情况,利用UG软件首先对组成装置各部分零件建立了三维实体模型,然后对所建立的各部分零件进行虚拟装配,进而对装置进行运动仿真,该方法可直观地观察疏通3D打印机喷嘴装置的具体过程,并在此基础上成功研制出物理样机,为更加优化疏通3D打印机喷嘴装置提供了依据和有益参考。

在工业4.0的背景下制造业面临转型升级液压传动技术将发生变革。本文对比分析了液压传动技术从传统走向现代过程中各阶段的特点指出现代液压技术无论在理论研究还是工程应用方面都应突破传统发展模式与现代科技深度融合。从运用智能材料、创新结构设计、引入先进制造技术、拓展新应用领域等方面综述了现时期液压技术在一些典型领域的研究和应用现状。结合新型工业化的特征及现代液压技术目前存在的问题探讨了其未来发展趋势为工业4.0时代液压技术的转型升级、创新发展提供了思路。