异质材料的建模与数字化微滴喷射技术研究
基于BP人工神经网络喷射成形7055铝合金的本构模型
基于BP 人工神经网络喷射成形7055铝合金的本构模型罗 锐1, 曹 赟1, 邱 宇2, 崔树刚1, 周皓天1, 周易名1,袁 飞1, 张肖佩佩1, 程晓农1*(1.江苏大学 材料科学与工程学院,江苏 镇江 212013;2.中国航空制造技术研究院,北京 100024)摘要:基于Gleeble 热力模拟技术对喷射成形7055铝合金的高温流变应力特征规律进行研究,并构建耦合应变量的唯象型Arrhenius 本构方程用以预测合金的流变应力,同时基于BP 人工神经网络构建该材料的神经网络型本构方程对比预测流变行为。
结果表明:喷射成形7055铝合金的流变应力状况受变形参数的影响较为显著,与变形温度呈负相关,并与应变速率呈正相关。
利用两类本构模型预测该合金的流变应力,其中唯象型Arrhenius 本构方程的平均相对误差δ值大于2%,该模型的预测误差随变形温度升高呈上升趋势,且在热加工温度区间下(450 ℃左右),平均绝对误差及平均相对误差达到峰值,较难精准预测该变形区间内合金的流变应力特征。
而BP 人工神经网络模型的预测准确度更高,平均相对误差δ值仅为0.813%,且具有较高的温度稳定性。
关键词:喷射成形;7055铝合金;本构模型;神经网络;热变形doi :10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000089中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2021)01-0035-107055铝合金属于超硬Al-Zn-Mg-Cu 系变形铝合金[1],该合金具有优异的综合力学性能,目前已被广泛应用于航空航天领域飞行器部件的制造当中,例如空客A380大飞机的压力舱桁条与上机翼桁条均采用7055铝合金[2-4]。
但是在整个零部件制造流程中,传统铸造工艺带来的成分偏析容易使合金发生热裂失效,很难满足高标准航空航天部件的服役要求[5-6]。
而喷射成形是一种“近终形”成形技术,利用合金雾化快速沉积凝固的方式,大幅提高合金元素的固溶程度且晶粒组织均匀细小,有助于后续热加工环节的进行[7]。
211261544_大型金属增材制造装备开发与技术探讨*
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第10期·63·文章编号:2095-6835(2023)10-0063-03大型金属增材制造装备开发与技术探讨*王冠博,李建杰,何刚文,马治博,罗倩菲,邵乙迪,张士亨(季华实验室新型增材制造研究院,广东佛山528000)摘要:目前,在航空航天等高端制造领域,大尺寸金属3D 打印设备日益凸显其应用价值,随着波长在1060~1080nm 之间的连续光纤激光技术的不断突破,最为常见的金属粉末床选区激光熔化技术也正逐渐成熟,在越来越大成形幅面设备的市场需求前提下,打印效率的提升也进一步得到更广泛关注。
针对金属粉末床选区激光熔化技术领域的大尺寸金属增材制造开发进行了研制总结及技术探讨。
关键词:金属3D 打印设备;大尺寸;激光选区熔化;设备开发中图分类号:TP391.73;TG665文献标志码:ADOI :10.15913/ki.kjycx.2023.10.018增材制造(3D 打印)技术被誉为将引领“第三次工业革命”的关键技术之一,近年来在各个领域不断取得重大突破,在推动传统工业体系分化变革的同时,也在重塑制造业国际分工格局。
1研究背景近年来,金属3D 打印的技术及市场应用得到突飞猛进的发展[1],而整个金属3D 打印领域,也有一个明显的趋势:在航空航天和军工的市场需求下,打印体积越来越大[2]。
全球范围内金属3D 打印机制造商,包括铂力特、EOS 、SLM Solutions 、Concept Laser 等世界著名企业推出的重量级设备均越来越大,逐步解决大型复杂金属结构件难以生产的问题,和中小型工业级SLM (Selective Laser Melting )金属3D 打印比,大型金属3D 打印机不仅成形尺寸大幅增大,成形效率大幅提高,且生产成本成倍数下降,因此能更广泛地应用在航空航天、军工、模具、医疗和汽车行业等领域。
《纳米结构的非傅里叶导热》札记
《纳米结构的非傅里叶导热》读书随笔目录一、内容概要 (2)1.1 纳米技术的快速发展 (3)1.2 傅里叶导热理论在纳米领域的挑战 (5)1.3 本书研究的目的和意义 (6)二、纳米结构的基础知识 (7)2.1 纳米材料的定义与特性 (8)2.2 纳米结构的制备与表征 (9)2.3 纳米材料的应用领域 (11)三、非傅里叶导热概述 (12)3.1 传统傅里叶导热理论的局限性 (13)3.2 非傅里叶导热理论的兴起与发展 (14)3.3 非傅里叶导热现象在纳米结构中的表现 (15)四、纳米结构的非傅里叶导热现象研究 (16)4.1 实验研究方法 (18)4.2 数值模拟与理论分析 (19)4.3 结果与讨论 (20)五、非傅里叶导热在纳米结构中的应用 (21)5.1 高效热管理材料的设计 (23)5.2 微纳电子器件的散热优化 (24)5.3 先进复合材料的热性能改进 (25)六、展望与总结 (27)6.1 未来研究方向和挑战 (28)6.2 本书的主要研究成果与结论 (29)6.3 对未来纳米结构非傅里叶导热研究的建议 (30)一、内容概要引言:简要介绍了纳米材料的发展历程,以及纳米结构导热性质研究的重要性。
指出了传统傅里叶导热理论在纳米尺度下可能面临的问题和挑战。
纳米结构的基本性质:详细阐述了纳米材料的结构特点,包括尺寸效应、界面效应等,这些特点对材料的导热性能产生了重要影响。
非傅里叶导热理论概述:介绍了非傅里叶导热理论的基本概念、发展历程和基本原理,为后续分析纳米结构的非傅里叶导热现象提供了理论基础。
纳米结构的导热行为:重点分析了纳米结构材料的导热行为,包括热传导、热扩散、热波动等现象。
通过实例和实验数据,展示了纳米结构材料与传统材料在导热行为上的差异。
非傅里叶导热现象的研究方法:介绍了研究非傅里叶导热现象的实验方法、数值模拟方法等,包括热学测量技术、微观结构表征技术等。
纳米结构材料的应用前景:探讨了纳米结构材料在电子器件、热管理、能源等领域的应用前景,以及非傅里叶导热理论在这些应用中的作用。
北航材料学院导师
82317117 82316000 82317117 82317117 82317108 82317108 81403361 82315989 82317108 82428419 82334869 82316192 82316192 82316192 82334869 82314848 82316000 82317108 82338190 82316976 82316976 82316976
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张琦 朱立群 张世超 朱岳麟 郑天亮 李松梅 刁鹏 吴昊 于唯平 许越
材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 材料物理与 化学 应用化学
电话、
房间号
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后小楼 表面工程实验室 新主楼D434 新主楼D434 四-314 四-314 四-321 四-119 表面工程实验室 表面工程实验室
103 103 103 103 1、超级电容器纳米材料研究;2锂离子电池纳米材 料研究 材料界面化学,稀土材料化学,纳米摩阻材料 1 光、电、磁效应功能高分子材料的研究;2 高 性能有机物的合成;3 环境友好高分子材料的合 成与改性 催化化学 化学合成及精分离 1材料表面改性技术;2特种功能涂层 1 新型污水处理材料与技术 ;2 纳米无机涂层的制 备与性能研究 1、高效热电换能材料研究;2、低维纳米结构材 料化学; 1、纳米材料的设计与模拟;2、分子器件中电子 输运的理论研究 1. 稀释磁性半导体纳米晶体2光电纳米材料3复合 氧化物纳米棒的制备和应用;4核壳结构纳米材料 的合成和特性. 1应用电化学及电化学测试技术;2光电化学敏感 材料及传感技术;3微生物腐蚀科学与技术 1分子组装技术及纳米组装技术;2纳米有序体系的 构筑及电化学研究;3腐蚀与防护 轻质金属表面功能化
2012年南京师范大学资助项目清单
31271449
郭志刚
南京师范大学
DNA聚合酶β精氨酸甲基化抗DNA损伤及肿瘤发生的机制研究
C0704
面上项目
80
2013-1-1
2016-12-31
32
31271621
陈国祥
南京师范大学
水稻剑叶叶绿体光能转化与碳同化协调运转的研究
C1302
面上项目
81
2013-1-1
2016-12-31
33
31272294
重子-介子散射共振态及奇特重子态的夸克模型研究
A050306
青年科学基金项目
24
2013-1-1
2015-12-31
7
11235005
肖振军
南京师范大学
LHC时代重味物理中几个关键问题的研究
A050202
重点项目
280
2013-1-1
2017-12-31
8
11271191
陈二才
南京师范大学
动力系统中热力学形式和维数理论的交叉研究
21204037
朱丹
南京师范大学
利用介电松弛谱研究浓胶体分散体系的挤阻突变
B040603
青年科学基金项目
27
2013-1-1
2015-12-31
18
21205061
屠闻文
南京师范大学
染料功能化半导体纳米材料的光电化学生物传感
B0502
青年科学基金项目
25
2013-1-1
2015-12-31
19
21271105
高绎
南京师范大学
新型低维强关联系统超导理论研究
A040206
青年科学基金项目
数字曲面微滴喷射设备DCSMJ-01宣传01
数字曲面微滴喷射设备陕西华拓科技有限责任公司自主研制的数字曲面微滴喷射设备获得了广泛关注,这是全球首创的技术与产品,将彩色数字印刷直接从平面提升到立体,已经获得了多个国家发明专利授权,并正在申报更多的国内和国际发明专利。
目前由公司销售二部王允负责全国市场。
数字曲面微滴喷射设备产品,并非3D打印,它有以下独特优势:1单管式压电陶瓷式微滴喷头系统目前彩色喷墨印刷的喷头可分为两类,一是热泡式喷头,二是目前用途更广的压电陶瓷式微滴喷头。
热泡式喷头主要原理是利用瞬间加热使热泡内气体膨胀产生压力,然后挤压油墨喷出,目前的生产厂家比较少;而压电陶瓷式喷头则是利用压电陶瓷的逆效应,通过电压来使压电陶瓷收缩或伸张,再挤压薄膜或毛细玻璃管外壁使油墨喷出,是目前的主流技术。
目前压电陶瓷式喷头广泛应用在喷墨打印机中,但这类喷头集成了几十至成百上千个喷嘴,喷头一般是块状,体积比较大,目前其它能完成立体喷墨的设备基本上就是直接使用这类体积较大的喷头来实现平面、凸面或者类平面的彩色喷墨打印,对于曲率比较大的凹面完全束手无策,因为块状的喷头基本无法进入凹面进行精细打印,也就无法实现任意曲面表面的全彩色立体喷墨打印功能,但是华拓科技实现了这个技术。
华拓科技通过近五年的自主研发,在压电陶瓷材料的制造和极化、毛细玻璃管的拉制和磨削、喷头整体的合理装配、驱动控制电路模块的设计和生产、气压随动平衡单元的研制等多方面的突破,最终在国内率先研制成功了单管式压电陶瓷式微滴喷头系统,喷头尺寸非常小,完全可以伸入到具有凹面和其它复杂曲面的表面进行精密打印,从根本上保证了全彩色立体喷墨打印机的关键部件,并进一步延伸出多款、多种类、多形状、多组合、适合不同用途的压电陶瓷微滴喷头系列产品,既保证精度和效率,又适合更多的应用条件。
该喷头系统不仅可以用于打印机系列产品,而且可以应用于微滴喷射领域,如印刷电子、生物点样、医疗检验、微机械、3D打印等众多领域。
2016年江苏省基础研究计划(自然科学基金)面上拟立项目清单汇总.
碳@金属氧化物同轴纳米电缆复合催化剂的制备及其电催化性能研究 轻工业化学电源研究所 多孔氮化碳限域生长金属氧化物纳米阵列复合材料及其增强光催化性 镇江市环境科学研究所 能研究 N,S-掺杂石墨烯-金属硫化物的电催化水分解产氢活性研究 淮阴师范学院
由静电纺丝技术构筑基于半导体异质一维纳米材料的高灵敏检测H2O2 徐州工业职业技术学院 的3D电化学传感器 纳米TiO2呼吸暴露通过ROS/RNS活化TGF-β /p38MAPK/Wnt信号通路致 淮阴师范学院 小鼠肺纤维化 MOFs包覆具有高指数晶面裸露的金属氧化物纳米晶及气敏性能研究 磁光纳米铁基核壳构筑可循环光电化学生物传感 中氮茚环上交叉脱氢偶联反应的系统性研究 基于强耦合激发的电子加速传感界面构筑及电分析应用 基于水溶性共轭双光子材料的纳米生物探针及其肿瘤靶向诊疗 铂类金属抗癌药物作用下血浆蛋白结构及功能的研究 黄原酸金属配合物C-S键断裂合成金属簇合物及其催化 纳米晶电致化学发光体系中的场效应及其生物传感应用 吸入式雾霾发生器的研制及慢性肺疾患早期标记物的研究 脂肪族荧光聚酰胺-酰亚胺的合成及功能化 新型多层螺旋管复合材料的可控合成及光开关应用研究 一种新型纳米金复合材料的构建及其在抗生素检测方面的应用研究 非真空喷涂法构筑铜铟镓硒薄膜及其光电转化性能研究 基于无受体醇脱氢氧化的环境友好水相串联反应研究 MOF气体敏感材料制备及其气体污染分子的传感和净化 掺氮石墨烯载体与纳米低铂催化剂的相互作用研究 基于生物质多孔材料的制备及提取分离锂元素的研究 基于超分子组装的近红外荧光探针 江苏师范大学 盐城工学院 淮阴师范学院 南京理工大学 南京邮电大学 盐城师范学院 苏州大学应用技术学院 南京晓庄学院 南京大学 江苏省原子医学研究所(无锡 市) 淮海工学院 江苏经贸职业技术学院 扬州大学 南京理工大学 东南大学 昆山桑莱特新能源科技有限公 司 镇江市高等专科学校 苏州大学
数字化微喷射用直列微喷嘴制作工艺
数字化微喷射用直列微喷嘴制作工艺张晓乐;侯丽雅;章维一【摘要】为解决玻璃微管道拉制工艺制作的单孔微喷嘴存在容易脆断,微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题,提出了一种新的微喷嘴制作工艺.该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非IC工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷口形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同,将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用.制作出变内径的锥形管,并实现微喷管长度的控制.制作了内径50 μm的 4 孔微喷嘴和 lO 孔微喷嘴,锥管长为750 μm,微喷管长2.5mm.使用制作的微喷嘴在微流体数字化驱动平台上进行了水性液体在油相和气相中的微喷射实验,制备了 80 μm的微滴和微滴阵列.实验表明,该工艺制作的直列微喷嘴可以在微流体数字化驱动下实现较好的数字化微喷射效果.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2008(016)011【总页数】6页(P2222-2227)【关键词】微流体;微喷嘴;微流体数字化;微阵列;微喷射【作者】张晓乐;侯丽雅;章维一【作者单位】南京理工大学,机械工程学院,江苏,南京,210094;南京理工大学,机械工程学院,江苏,南京,210094;南京理工大学,机械工程学院,江苏,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 16卷第 11 期2008年 11 月光学精密ancl Prccision 工程 Engincering Vol.16 No.11Nov. 2008文章编号 1004-92-4X(2008)11-2222-06数字化微喷射用直列微喷嘴制作工艺张晓乐,侯丽雅,章维一(南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094 )摘要:为解决玻璃微管道拉制工艺制作的单孑 L微喷嘴存在容易脆断· 微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题,提出丁一种新的微喷嘴制作工艺。
该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非 IC 工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷f1 形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同,将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用,制作出变内径的锥形管,并实现微喷管长度的控制。
喷射打印和化学沉积成形微缅电路中微滴可控喷射研究
喷射打印和化学沉积成形微细电路中微滴可控喷射研究肖 渊 黄亚超 蒋 龙 陈 兰西安工程大学,西安,710048摘要:针对智能纺织品中微细线路制备工艺复杂㊁成本高㊁柔性差等问题,提出了喷射打印与化学沉积技术相结合制作微细线路的方法㊂利用构建的气动式微滴喷射系统,以100μm 的喷嘴对抗坏血酸和硝酸银溶液进行了可控稳定喷射及沉积成形试验㊂试验获得了两溶液可控稳定喷射的工艺参数,且微滴在基板上沉积的点阵均匀㊁成形线宽基本一致,成形银线具有一定导电性㊂关键词:可控喷射;喷射打印;化学沉积;微细电路;智能纺织品中图分类号:T H 16 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.13.018R e s e a r c ho n M i c r o ‐d r o p l e t C o n t r o l l a b l e J e t t i n gi nF i n eC i r c u i t F o r m a t i o n U s i n g J e t P r i n t i n g a n dC h e m i c a l D e p o s i t i o n X i a oY u a n H u a n g Y a c h a o J i a n g L o n gC h e nL a n X i ’a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,X i ’a n ,710048A b s t r a c t :I no r d e rt os o l v et h ee x i s t i n gp r o b l e m ss u c ha sc o m p l e x p r o c e s s ,h i ghc o s ta n d p o o r f l e x i b i l i t y i n t h e p r e p a r a t i o no f t h e f i n ec i r c u i t i n i n t e l l i g e n t t e x t i l e s ,an e w m e t h o dw a s p r o po s e dt o p r e p a r e t h e f i n ec i r c u i tb y c o m b i n i n gj e t p r i n t i n g w i t hc h e m i c a ld e p o s i t i o nt e c h n o l o g y .T h ee x p e r i -m e n t sw e r e c o n d u c t e du s i n g d e v e l o p e d p n e u m a t i c d r i v e n g e n e r a t o r t o i n j e c t a s c o r b i c a c i d a n d s i l v e r n i -t r a t e s o l u t i o nw i t hn o z z l e o f 100μm.M i c r o ‐d r o p l e t c o n t r o l l a b l e j e t t i n g an d s e d i m e n t a l f o r m a t i o n s f o r t w o s o l u t i o n sw e r e r e s e a r c h e d .T h e e x pe r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t s t a b l e p r o c e s s p a r a m e t e r s ,u n if o r m d r o p l e t l a t t i c ea n dc o n s i s t e n tw i d t ho f t h ef o r m i ng l i n ea r eo b t a i n e d .M o r e o v e r ,th ef o r mi n g sl i v e r l i n e s p o s s e s s c o n d u c t i v i t y.K e y wo r d s :c o n t r o l l a b l e j e t t i n g ;j e t p r i n t i n g ;c h e m i c a l d e p o s i t i o n ;f i n e c i r c u i t ;i n t e l l i g e n t t e x t i l e 收稿日期:20150107基金项目:国家自然科学基金资助项目(51475350);西安工程大学博士科研启动基金资助项目(B S 1304)0 引言智能纺织品是一种能对外界刺激具有感知和反应能力的纺织品[1‐2],除具有传统纺织品的基本功能外,还具有监测㊁信息处理及传输等功能,因而在军事㊁航空㊁航天㊁医疗保健和休闲娱乐等领域有着广阔的应用前景[3‐4]㊂智能纺织品一般由传感器㊁执行器㊁数据处理㊁通信和电源等部分组成,实现这些单元与织物的柔性化集成,且不改变传统织物的舒适㊁轻量及易清洗等特性至关重要,因而作为连接智能纺织品各部分的导电线路的制造成为柔性化集成的关键㊂目前常见的导电线路制备方法有刺绣㊁缝纫㊁织造㊁编织[3‐6]及丝网印刷等㊂刺绣㊁缝纫㊁织造和编织等将导电纤维或金属丝线植入到织物中形成导电线路㊂但这些方法对丝线性能要求高㊁工艺复杂㊁成本高,且成形后织物太硬㊁重量大㊁不易弯曲和清洗等,严重影响织物本身的固有性能㊂丝网印刷技术是用含有导电纳米金属微粒浆料来成形导电线路㊂瑞士苏黎世联邦理工学院[6]㊁比利时根特大学[7]㊁韩国科学技术学院[8]等研究机构利用该技术在织物上成形导电线路,可实现智能纺织品各部分的集成㊂但丝网印刷技术存在成形线路宽度受限及后处理温度较高而损害织物本身性能等问题[9]㊂综上所述,虽然研究者一直对织物导电线路成形方法进行不断的探索,也在特定织物上成功实现了导电线路的制造,但由于这些方法存在一定的局限性,还需对织物导电线路的成形进行深入研究㊂本研究采用微滴按需喷射3D 打印技术和化学沉积原理[10‐11],将金属盐和还原剂溶液精确打印到指定位置,在室温下还原出微细金属颗粒以成形导电线路㊂喷射打印化学沉积过程中,实现反应溶液的可控稳定喷射及沉积成形是后续成形导电线路的前提和保证㊂基于此,本文主要针对选用的喷射材料(抗坏血酸和硝酸银溶液),对微㊃6081㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.滴按需产生过程㊁点及线沉积成形进行试验研究,实现两种溶液的可控喷射及沉积成形㊂在此基础上,通过对两溶液联合喷射打印,初步实现了喷射打印化学沉积成形银线,以验证喷射打印化学沉积成形微细导电线路的可行性㊂1 气动式按需微滴喷射系统为了实现两种溶液的按需喷射打印,本文构建了气动式按需微滴喷射系统[12],其结构如图1所示,该系统主要由微滴喷射装置㊁频闪拍摄系统㊁运动控制系统组成㊂微滴喷射装置为系统的核心,用于实现微滴的按需喷射,具体的工作原理为通过控制电磁阀瞬时通断,使喷射腔体内形成脉冲压力,从而驱动腔体内溶液从底部的喷嘴中射出,并断裂成形单颗微滴㊂频闪拍摄系统用于控制C C D 相机拍照,实现微滴成形过程动态图像的采集与分析㊂运动控制系统用于控制移动平台运动,以在基板上实现微滴的精确沉积成形㊂以上三个子系统之间相互协调工作,实现气动式按需微滴喷射过程重要参数的监测和控制,从而实现按需微滴的产生和精确沉积㊂图1 气动式按需微滴喷射系统结构示意图2 喷射打印化学沉积基本原理2.1 金属盐和还原剂化学反应原理笔者利用喷射打印和化学沉积技术,通过精确打印喷射材料在织物表面反应成形金属微细导电线路,因此喷射材料应具有低腐蚀性㊁低毒㊁低成本及较强的反应能力,且不对基板材料造成损害㊂综合考虑上述因素,试验选用金属盐为硝酸银,还原剂为抗坏血酸,其化学反应生成银颗粒的方程式为[13]2A g N O 3+C 6H 8O 6=C 6H 6O 6+2HN O 3+2A g ↓(1)2.2 喷射打印系统原理喷射打印化学沉积系统的基本原理:通过控制硝酸银溶液与抗坏血酸溶液按需喷射,并协调控制基板运动,精确打印沉积喷射材料并在指定位置发生还原反应,产生微细银颗粒,从而实现微细银线的直接成形,图2为喷射打印化学沉积成形银线过程示意图㊂(a)抗坏血酸微滴喷射打印(b)硝酸银微滴喷射打印图2 喷射打印化学沉积银线过程示意图3 微滴稳定喷射试验3.1 喷射打印溶液准备试验选用的抗坏血酸和硝酸银均为分析纯,具体配制过程如下㊂称取一定量的抗坏血酸和硝酸银粉末分别置于洁净的烧杯中,加入蒸馏水充分搅拌使粉末充分溶解,制成溶液中的溶质和水的质量比分别为30%和50.25%㊂为防止溶液中可能存在的微小颗粒堵塞喷嘴,在喷射前需对溶液进行过滤,以滤掉溶液中可能存在的颗粒物㊂3.2 微滴稳定喷射成形过程实现两种溶液的可控喷射是后续精确沉积成形导电线路的前提,本节利用构建的气动式微滴喷射系统,使用孔径为100μm 的玻璃喷嘴进行可控喷射试验㊂由于试验玻璃喷嘴喷射水性溶液时,溶液会沿着喷嘴自动渗出,无法实现喷射过程的可控,因此需对喷嘴进行疏水化处理㊂笔者使用C yt o n i x 公司的F l u o r o P e l T M 602A 溶液对微喷喷嘴进行疏水化处理,在此基础上,通过调节喷射装置的控制参数,获得抗坏血酸溶液稳定喷射参数:供气压力为125k P a,电磁阀通电时间为3.6m s ,泄气阀开口角度为25°,喷射频率为1H z ;获得硝酸银溶液稳定喷射参数:供气压力为75k P a ,电磁阀通电时间为3.54m s,泄气阀开口角度为30°,喷射频率为1H z ,并利用高速C C D 相机捕获两种溶液按需喷射过程的照片,如图3所示㊂由图3可以看出,两溶液的喷射过程都经过射流液柱伸长并前端变大㊁缩颈断裂成滴㊁断裂后微滴飞行及剩余射流回缩喷嘴三个过程,说明喷射装置在一次信号激励下,可产生单颗微滴,验证了喷射系统可实现两种溶液的可控喷射㊂4 微滴可控喷射沉积成形试验研究微滴在基板上的沉积成形是喷射打印成形微㊃7081㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(a)抗坏血酸微滴成形过程(b)硝酸银微滴成形过程图3 微滴喷射形成过程细线路的基础和保证,在上述微滴可控稳定喷射基础上,本节对微滴在基板上的沉积形态进行研究,沉积过程中通过协调控制微滴喷射和基板运动,在铜版纸上分别进行两种溶液的点阵㊁成线沉积及反应沉积银线试验㊂4.1 点阵沉积试验在前述稳定喷射参数下,设定基板运动速度分别为1.4mm /s ㊁1.5mm /s ,获得抗坏血酸和硝酸银微滴分别在铜版纸上沉积的点阵,如图4所示㊂(a)抗坏血酸溶液微滴沉积(b)硝酸银溶液微滴沉积图4 沉积在基板上的微滴由图4可看出,成形在基板上的微滴形状较为规整,为了进一步分析产生微滴沉积在基板上的均匀性,采用图像处理软件对沉积照片中的25颗微滴的直径进行测量,利用平均值函数D =1n ∑ni =1D i(2)式中,D i 为测量微滴的直径㊂得到沉积在基板上抗坏血酸微滴的平均直径约为628μm ,硝酸银微滴的平均直径为613μm ㊂利用标准偏差函数D S T DE V =1n (n -1)[n ∑n i =1D 2i -(∑ni =1D i )2](3)计算得到沉积在基板上抗坏血酸微滴直径的标准偏差为5.80μm ,沉积在基板上硝酸银微滴直径标准偏差为6.83μm ,这表明构建的喷射系统产生的微滴均匀性较好㊂4.2 微滴在基板沉积直线试验在前述稳定喷射工艺参数下,设定基板运动速度为0.4mm /s,以铜版纸为沉积基板,获得微滴在基板上沉积的直线,如图5所示㊂(a)抗坏血酸微滴沉积打印成线(b)硝酸银微滴沉积打印成线图5 微滴喷射打印沉积成线对图5所示的直线宽度进行测量,得到沉积的抗坏血酸直线宽度约为550μm ,硝酸银直线宽度约为540μm ㊂沉积试验表明两种溶液可在铜版纸上沉积成线,验证了两种溶液可控喷射沉积成形的可行性㊂4.3 可控喷射沉积成形银线试验在上述抗坏血酸和硝酸银溶液各自沉积成线的基础上,依据喷射打印化学沉积成形原理,以铜版纸为基板,通过对两溶液联合喷射打印,获得成形在基板上的微细银线,如图6所示㊂图6 联合喷射打印化学沉积成形微细银线图㊃8081㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.对图6所沉积微细银线宽度进行测量,得到沉积的银线线宽约为750μm㊂对比图5㊁图6所示的测量结果可得,两溶液联合喷射打印沉积微细银线线宽大于单个溶液成线宽度,产生这种现象的原因是联合喷射沉积在路径上的溶液增多,使得在基板上扩散渗透加大,从而线宽宽度增加㊂为了验证沉积成形的银线具有导电性,利用喷射沉积成形的银线作为电路中的一段导线导通L E D灯,其电路通电后的结果如图7所示㊂图7 沉积成形银线在电路中导通L E D灯图由图7可知,电路通电后,L E D灯亮,表明沉积成形的银线具有一定的导电性,验证了喷射打印化学沉积成形微细导电线路技术的可行性㊂为了更加深入明确喷射打印化学沉积成形微细银线的导电性能,使用R T S‐4型四探针测试仪对成形银线的电阻性能进行测试,获得同一条银线不同区域的方电阻,如图8所示㊂图8 沉积成形银线方电阻数据图由图8分析可知,喷射打印沉积成形银线方电阻在1.68~23.8Ω/□之间变化,成形银线局部导电性具有较大变化㊂后续研究可通过水冲洗和热压等后处理工艺,使还原出的金属颗粒更加致密,以提高成形微细银线的质量㊂5 结论(1)针对织物表面导电线路柔性化制备的难题,提出了喷射打印化学沉积成形导电线路的新方法㊂(2)对两种溶液的可控喷射及微滴成形过程的研究表明,构建的气动式微滴喷射系统可实现抗坏血酸和硝酸银溶液的可控喷射,且获得两溶液稳定可控喷射工艺参数㊂(3)微滴喷射沉积成形试验表明,两溶液沉积点阵尺寸均匀,成线线宽一致,喷射打印化学沉积成形银线具有一定的导电性㊂参考文献:[1] 陈莉,顾振亚.智能纺织品设计与应用[M].北京:化学工业出版社,2006.[2] 李冰.以纺织物为基底的直接打印可穿着柔性微带天线的研究[D].杭州:浙江理工大学,2014.[3] v a nL a n g e n h o v eL,H e r t l e e rC,S c h w a r zA.I n t e l l i-g e n t T e x t i l e sa n d C l o t h i n g f o r B a l l i s t i ca n d N B CP r o t e c t i o n[M].D o r d r e c h t:S p r i n g e r N e t h e r l a n d s, 2012.[4] W u Y,C h e nR,W a n g J,e t a l.I n t e l l i g e n tC l o t h i n gf o rA u t o m a t e dR e c og n i t i o no fH u m a nPh y si c a lA c-t i v i t i e s i nF r e e‐l i v i n g E n v i r o n m e n t[J].J o u r n a lo f t h eT e x t i l e I n s t i t u t e,2012,103(8):806‐816. [5] M a t t i l a M.I n t e l l i g e n tT e x t i l e sa n dC l o t h i n g[M].N e w Y o r k:C R CP r e s s,2006.[6] L o c h e r I,T r o s t e rG.F u n d a m e n t a lB u i l d i n g B l o c k sf o rC i r c u i t so nT e x t i l e s[J].I E E E T r a n s a c t i o n so nA d v a n c e dP a c k a g i n g,2007,30(3):541‐550.[7] K a z a n iI,H e r t l e e r C,D e M e y G,e ta l.E l e c t r i c a lC o n d u c t i v e T e x t i l e s O b t a i n e d b y S c r e e n P r i n t i n g[J].F i b r e s&T e x t i l e s i nE a s t e r nE u r o p e,2012,20(1):57‐63.[8] S a n g K Y,J u n g K H,J u nY H.E l e c t r i c a lC h a r a c-t e r i z a t i o no fS c r e e n‐p r i n t e d C i r c u i t so nt h eF a b r i c[J].I E E E T r a n s a c t i o n so n A d v a n c e d P a c k a g i n g, 2010,33(1):196‐205.[9] K a m y s h n y A,S t e i n k eJ,M a g d a s s iS.M e t a l‐b a s e dI n k j e t I n k sf o rP r i n t e d E l e c t r o n i c s[J].T h e O p e nA p p l i e dP h y s i c s J o u r n a l,2011(4):19‐36.[10] 谢丹,张鸿海,舒霞云,等.气动膜片式微滴喷射装置理论分析与实验研究[J].中国机械工程,2012,23(14):1732‐1737.X i eD a n,Z h a n g H o n g h a i,S h uX i a y u n,e t a l.T h e o-r e t i c a l A n a l y s i s a n d E x p e r i m e n t a l R e s e a r c h o nP n e u m a t i c a l l y D i a p h r a g m‐d r i v e nD r o p‐o n‐d e m a n dI n k j e tG e n e r a t o r[J].C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r-i n g,2012,23(14):1732‐1737.[11] 房汝建,侯丽雅,章维一,等.微喷射技术制备的化学镀金属银线微结构[J].微细加工技术,2006(3):49‐53.F a n g R u j i a n,H o uL i y a,Z h a n g W e i y i,e t a l.M i c r o-s t r u c t u r eo fS i l v e r L i n e s F o r m e d b y E l e c t r o l e s sD e p o s i t i o nU s i n g M i c r o‐i n j e c t i o n M e t h o d[J].M i-c r o f a b r i c a t i o no fT e c h n o l e g y,2006(3):49‐53.㊃9081㊃Copyright©博看网. All Rights Reserved.[12] 肖渊,黄亚超.气动式微滴喷射过程仿真与尺寸均匀性试验研究[J ].中国机械工程,2014,25(21):2936‐2941.X i a o Y u a n ,H u a n g Y a c h a o .S i m u l a t i o no fP n e u -m a t i cD r i v e n M i c r o d r o p l e t J e t t i n g P r o c e s s a n dE x -p e r i m e n t a lS t u d y o f M i c r o d r o p l e t ’s U n i f o r m i t y [J ].C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,2014,25(21):2936‐2941.[13] 刘书祯,谈定生,吕超君.抗坏血酸还原制备微细银粉的研究[J ].粉末冶金工业,2009(2):5‐9.L i u S h u z h e n ,T a n D i n g s h e n g ,L üC h a o j u n .R e -s e a r c h o nP r e p a r a t i o n o f F i n e S i l v e r P o w d e r b y A s -c o r b i cA c id Re d u c t i o n [J ].P o w d e r M e t a l l u r g y I n -d u s t r y,2009,19(2):5‐9.(编辑 张 洋)作者简介:肖 渊,男,1975年生㊂西安工程大学机电学院副教授㊁博士㊂主要研究方向为微滴喷射技术㊁机电控制技术㊂发表论文10篇㊂黄亚超,男,1990年生㊂西安工程大学机电学院硕士研究生㊂蒋 龙,男,1988年生㊂西安工程大学机电学院硕士研究生㊂陈 兰,女,1989年生㊂西安工程大学机电学院硕士研究生㊂一种基于电场测量的无损检测方法李冬林1,2康宜华1 孙燕华1 叶志坚11.华中科技大学,武汉,4300742.湖北工业大学,武汉,430068摘要:提出一种基于电场测量的无损检测方法,该方法通过检测通电试件外电场的变化来实现内外缺陷的非接触检测㊂对通电试件的电场进行仿真计算,模拟出电场的分布并分析了缺陷电场的信号特征㊂以半导体材料为被测试件,在高电压激励下采用被动式的共面电容探头探测到了内外缺陷的电场信号㊂实验与仿真结果的一致性表明,采用该方法对金属和非金属材料进行内外伤的检测具有一定的可行性㊂关键词:无损检测;电场测量;电场;仿真;信号中图分类号:T G 115.28 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.13.019AN o n d e s t r u c t i v eT e s t i n g Me t h o dB a s e do nE l e c t r i cF i e l d M e a s u r e m e n t L iD o n g l i n 1,2 K a n g Y i h u a 1 S u nY a n h u a 1 Y eZ h i ji a n 11.H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,W u h a n ,4300742.H u b e iU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,W u h a n ,430068A b s t r a c t :A nE F M n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g me t h o dw a s p r e s e n t e dh e r e i n .T h i sm e t h o dof f e r e da p o s s i b l e r o u t e t o p e r f o r mt h en o ‐c o n t a c t i ng i n s p e c t i o nf o r i n t e r n a l a n de x t e r n a l d e f e c t sb y d e t e c t i n g th e e l e c t ri c f i e l d v a r i a t i o n s o u t s i d e t h e c u r r e n t ‐c a r r y i n g s p e c i m e n .T h e e l e c t r i c f i e l d o f a c u r r e n t ‐c a r r y -i n g s p e c i m e nw a s s i m u l a t e d ,a n d t h e s i g n a l c h a r a c t e r i s t i c s o f d e f e c t sw e r e d i s c u s s e d .I n t h e p r e l i m i n a -r y e x p e r i m e n t s ,a s e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw a s u s e d a s t h e t e s t e d s p e c i m e n ,a n d a p a s s i v e c o p l a n a r c a -p a c i t o r p r o b ew a s e m p l o y e d t o i n d u c e t h e e l e c t r i c f i e l d v a r i a t i o n s .I n t h e c a s e o f h i g h v o l t a g e e x c i t i n g,t h e p r o b ed e t e c t e dt h ee l e c t r i c f i e l ds i g n a l so f i n t e r n a l a n de x t e r n a ld e f e c t s .T h ec o n s i s t e n c y o f t h e s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a l r e s u l t s i m p l y t h a t t h eE F M m e t h o dh a s t h e p o t e n t i a l o f i n s p e c t i n g i n t e r -n a l a n de x t e r n a l d e f e c t s i n t h em e t a l a n dn o n m e t a lm a t e r i a l s .K e y wo r d s :n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g ;e l e c t r i c f i e l dm e a s u r e m e n t (E F M );e l e c t r i c f i e l d ;s i m u l a t i o n ;s i gn a l 0 引言电磁无损检测方法在无损检测与评价中非常重要㊂常规的电磁无损检测方法有涡流检测(E C T )㊁磁粉检测(M P I )㊁漏磁检测(M F L )㊁直流收稿日期:20140911基金项目:国家自然科学基金资助项目(51275193,51105158);湖北省自然科学基金资助项目(2012F F B 0063)电位降(D C P D )法等㊂近年来,又涌现出交流电位降(A C P D )法㊁电流扰动(E C P )法㊁交流场测(A C F M )法㊁电容成像(C I )技术㊁永磁扰动(P M P )等新方法㊂不同的检测方法有其各自的局限性,E C T ㊁E C P 和A C F M 适用于金属材料,但因集肤效应只能检测表面缺陷[1‐3];M P I ㊁M F L和P M P 只能检测铁磁性材料[4‐5];D C P D 和㊃0181㊃Copyright ©博看网. 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低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa涂层的抗燃气热冲击性能研究
材料研究与应用 2024,18(1):123‐132Materials Research and ApplicationEmail :clyjyyy@http ://mra.ijournals.cn 低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究赵宇1,毛熙烨2,3*,吕伯文2*,邓朝阳2,董东东2,李创生2,毛杰2,邓春明2,邓畅光2,刘敏2(1.中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002; 2.广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室,广东 广州 510650; 3.景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院,江西 景德镇333403)摘要: 为了保障涡轮叶片材料的抗高温氧化与耐热腐蚀性能,采用低压等离子喷涂技术在航空发动机涡轮叶片试验件上成功制备了NiCoCrAlYTa 涂层。
通过对不同粉末制备的NiCoCrAlYTa 涂层进行1 000 ℃/75 h 燃气热冲击试验,研究了带涂层叶片尺寸、涂层表面形貌、相组成和显微组织、涂层厚度和均匀性等性能参数的变化。
结果表明:热冲击试验后,不同涂层叶片的整体尺寸未发生显著变化,表明涂层在高温环境下具有稳定的尺寸;涂层表面形成了Al 2O 3膜和NiAl 2O 4尖晶石,保留了较好的结构完整度,这有助于提高涂层的耐腐蚀性能;涂层的物相组成主要包括γ-Ni 、γ'-Ni 3Al 和少量的β-NiAl ,形成了贫Al 区、互扩散区、二次反应区等典型微区结构,析出的TCP 相为R 相,表明在热冲击过程中涂层发生了相变;不同粉末制备的NiCo‐CrAlYTa 涂层均表现出了良好的抗热冲击性能,为航空发动机涡轮叶片的高温应用提供了可行的涂层方案。
关键词: 低压等离子喷涂;NiCoCrAlYTa 涂层;燃气热冲击;抗热冲击性能;;抗氧化性能;叶片尺寸;涂层厚度;互扩散中图分类号:TG174.442 文献标志码: A 文章编号:1673-9981(2024)01-0123-10引文格式:赵宇,毛熙烨,吕伯文,等.低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究[J ].材料研究与应用,2024,18(1):123-132.MAO Xiye ,ZHAO Yu ,LV Bowen ,et parative Study of NiCoCrAlYTa Coatings After Burner -Rig Test [J ].Materials Research and Application ,2024,18(1):123-132.0 引言随着航空发动机向高推重比发展,发动机的进口燃气温度不断提高,涡轮叶片长期经受高温燃气的冲击和腐蚀,对涡轮叶片材料的抗高温氧化和耐热腐蚀性能提出了严格的要求[1]。
2013基于应力波驱动的金属微滴按需喷射装置开发及试验研究_陶院---机械工程学报
0
前言1
金属微滴喷射技术可实现微量金属材料 ( 如
* 国家自然科学基金(51105314)、全国百篇优秀博士学位论文作者专项基
金(2007B3)和西北工业大学研究生种子创新基金(Z2012055)资助项目。 20120802 收到初稿,20130109 收到修改稿
铜 、铝合金 以及锡铅合金 等)的精确分配与定 点沉积,在金属复杂件成形、微机电系统(MEMS) [4-6] [7] 三维封装 、微电路快速打印 等领域有着广阔的 应用前景,具有自动化程度高、成本低、无污染、 [8-9] 非接触及原材料利用率高等优点 。 目前,国内外研究者针对不同的金属材料开发
(1. School of Mechatronic Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072; 2. Education Ministry Key Laboratory of Modern Design and Integrated Manufacturing Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072)
164
机
械
工
程
学
报
第 49 卷第 7 期期
(a)
(b)
埚腔体采用螺纹联接,能够有效地解决流道物理结 构、喷嘴尺寸以及安装与维护共存的问题。图 5 为 实验室所制作的组合喷嘴模型示意图以及实物。
(c)
(d)
图3
应力波驱动金属微滴形成过程示意图
2
应力波驱动金属微滴按需喷射试验 系统开发
图5 组合喷嘴示意图与模型实物图
依据上面的分析,本文设计开发了应力波驱动 金属微滴按需喷射试验系统,其主要由金属微滴按 需喷射装置、保护气体控制子系统、应力波驱动控 制子系统、温度控制子系统以及图像采集子系统所 组成,如图 4 所示。保护气体控制子系统通过控制 喷嘴处同轴供气流量以防止熔融金属材料在喷射过 程中氧化。应力波驱动信号控制子系统主要由函数 发生器和信号通/断控制器组成, 函数发生器中设定 的喷射脉宽、 频率等参数经信号通/断器转换以后就 会在线圈中产生脉冲磁场,从而驱动冲击杆冲击传 振杆上端在其中产生应力波。温度控制子系统主要 是采用温控仪和继电器组成,用于控制加热圈的加 热,实现坩埚内温度的控制。
微滴喷射3D打印尺寸建模与数值模拟
微滴喷射3D打印尺寸建模与数值模拟陈从平;胡琼;吕添;冉艳华【摘要】形貌尺寸是影响微滴喷射3D打印微结构精度的重要指标,主要受材料自身特性及打印工艺参数的影响,其中打印速度、加速度等为可控工艺参数.本文以微滴喷射打印直线轨迹为研究对象,建立了速度、加速度对打印尺寸及微滴沉积位置的预测模型,并通过数值仿真进行了验证.结果表明,所建模型能对3D 打印尺寸及微滴沉积位置进行较为准确的预测,其中尺寸预测精度达6.07%、位置偏差预测精度为2.69%.研究结果可为微滴喷射3D 打印尺寸控制提供理论和实际参考.%Morphology and size are important indexes affecting the micro structure accuracy of micro droplet jetting 3D printing,which are mainly affected by the characteristics of materials and printing process parame-ters,in which the printing speed and acceleration are controllable process parameters.In this paper,a linear prediction model of 3D printing size and droplet deposition position are established by using droplet injection to print the straight line trajectory.The numerical simulation is carried out to verify the model.The results show that the model can accurately predict the size of 3D printing and droplet deposition;and the size predic-tion accuracy is 6.07%;and the position prediction accuracy is 2.69%.The research results can provide theo-retical and practical reference for the dimension control of micro droplet jetting 3D printing.【期刊名称】《三峡大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】4页(P84-87)【关键词】微滴喷射;3D打印;尺寸建模;喷嘴速度;加速度【作者】陈从平;胡琼;吕添;冉艳华【作者单位】三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TH113.2微滴喷射3D打印是一种新兴的快速成形技术,其核心原理是通过某种驱动力使液态材料从喷嘴以均匀微滴形式喷出,并在可控的条件下在基板上逐点、逐层堆积、固化而形成实体.该技术所使用的成形材料可以是金属或非金属,材料选择面广,成本相对较低,操作方便,因而得到了广泛的应用[1-3].影响微滴喷射3D打印器件形貌精度的因素主要包括材料自身物理属性、打印工艺参数及设备自身控制精度等.在材料及设备已给定的情况下,打印工艺参数如驱动力、喷嘴运动速度、加速度、喷射频率、微滴尺寸等会直接影响微滴形貌及打印的轮廓轨迹精度.已有学者对微滴喷射3D打印过程中微滴的下落、铺展变形的动力学行为进行了研究.曾祥辉[4]等对熔滴与基板碰撞后的变形及凝固过程进行数值模拟研究.Zhang D[5]等人针对金属熔滴在打印转接轮廓时的过度重熔问题进行了研究,分析了导致微滴间过度重合的原因.Hejun Li[6]等人研究了金属熔滴在水平移动的基板上的沉积成形.熊红兵[7]等人研究了单个熔滴与基板碰撞后变形、铺展和凝固的过程,并利用该模型研究了热喷涂过程中熔滴的铺展系数与基板的粗糙程度、倾斜角度等之间的关系.M.Pasandideh-Fard[8]等人研究了不同大小的锡熔滴以不同打印速度、不同接触角打印到不锈钢基板上的沉积情况,通过三维数值模拟和实验来验证理论的准确性,其结果显示两者结果匹配完好.然而,由于在打印过程中(如图1所示),喷嘴与承载构件的基板之间存在相对运动,导致微滴脱离喷嘴后在下落过程中因惯性会相对基板做平抛运动,使得微滴在基板上的落点即沉积位置与喷射位置发生错位,进而影响打印的尺寸和形貌.本文主要针对微滴下落、沉积过程,研究喷嘴运动速度、加速度对微滴沉积位置及打印尺寸的影响,建立相应的预测模型,并通过数值仿真进行验证,为微滴喷射3D打印速度、加速度控制提供理论指导.图1 微滴滴落、铺展区域设置示意图1 理论建模微滴滴落到基板上并铺展变形的过程较为复杂,可描述为运动、射流、弛豫和稳定4个主要阶段[4],并在表面张力的作用下最后稳定形成近似球冠.在此过程中微滴的凝固过程伴随着热能的释放,微滴会发生相变,当温度低于材料凝固温度时,微滴开始逐渐凝固并成形.1.1 控制方程假设微滴体积不可压缩(dρ/dt=0),微滴在降落到基板上的过程中满足连续性方程、动量方程和能量方程,其中连续方程可表示为:U=0(1)动量方程可表示为:P+μ2U(2)其中,U为微滴速度矢量,ρ、μ分别为微滴材料密度和粘度,f为体积力矢量,P 为外力矢量.微滴在下落和成形过程中与外界进行能量交换,其能量转换满足:2T+ST(3)其中,T为微滴温度场,Cp、K分别为微滴材料比热容和传热系数,ST为微滴在运动过程中转换为热能的机械能.1.2 预测模型以微滴喷射打印直线轮廓为例.假设喷头竖直向下安装,如图2所示,微滴在脱离喷嘴时刻的运动速度可分解为两个相互垂直的速度分量ux、uy,其中ux与微滴被喷出的瞬时喷嘴水平运动速度的大小和方向相同,uy为微滴竖直向下的初始速度.在打印过程中期望微滴最理想的情况是竖直下落至基板上的O0位置,这样易实现沉积位置的精确控制.而实际上,为提高打印效率,ux必然不为0,故实际上微滴以曲线轨迹运动落至O1.此外,在实际打印中,某些场合需要对喷嘴运动速度进行快速调整,例如打印启动初始时刻、打印拐角轮廓段的前后以及检测到打印误差后需要调速的场合等.在这些情况下,喷嘴移动的加速度a≠0,则任意两相邻微滴落点的实际中心距l≠l0,使得打印器件的形貌尺寸精度难以控制.图2 微滴喷射后运动轨迹示意图设期望连续打印长度为L(设计值)的直线轨迹,微滴固化后直径为D,理论上,期望微滴均匀堆积,即每两个相邻微滴间距l都相等,如图3所示,则有nD-L=(n-1)W(4)L=(n-1)l+D(5)图3 微滴喷射3D打印直线结构示意图其中n为微滴个数.式(4)、(5)反映的是理想(或设计)的打印结果,但实际打印中,如图2所示,若因前文所述原因导致微滴间堆积距离出现了不均匀的情况,则需要对喷嘴调速,即水平方向引入加速度a,设当前滴在基板上的沉积位置O1与喷射该滴时喷头位置在x方向的偏差记为Δl1,若忽略空气阻力影响,则有(6)下一滴在基板上的沉积位置O2与喷射该微滴时喷头所在位置在x方向的偏差为(7)其中f为喷射频率,而喷嘴实际水平移动距离(8)则两相邻微滴堆积的中心距需满足l=Δl2+l0-Δl1=(9)(10)对比(5)、(9)两式,可知在引入加速度后,要保证打印长度等于理论设计长度,加速度需满足式(11)的条件(11)由式(6)、(7)可知,调节喷嘴运动速度、加速度及打印频率,可以调节微滴喷射位置与沉积位置之间的偏移量(位置调节);另由式(11)可以发现,欲使打印实际长度尺寸满足设计要求,可以通过协同调节喷头运动速度、加速度、打印频率等来实现.实际中,单个微滴尺寸(D)在正式打印前需调节好,之后固定.2 数值仿真本文主要讨论喷嘴移动速度、加速度对打印位置及尺寸的影响.利用Flow 3D对打印一段直线过程进行仿真,包含基板在内的仿真区域大小为40 mm×1.5mm×3 mm,划分网格数为500 000.模型中,流体的初始温度设置为363 K,空气和基板初始温度为293 K.微滴下落的竖直距离为1.7 mm,下落初始速度为1 m/s,打印频率为70 Hz.所用材料为低熔点铅锡合金,相关物理参数见表1.图4为单个微滴以初始水平速度ux=0.03 m/s喷射至基板上固化成形过程图.在该过程中,微滴与基板和空气之间存在热交换,其中微滴与基板之间是以热传导的方式进行热传递,而微滴与空气之间是以热对流的方式进行热交换,因空气比热较大,故微滴与基板之间的传热速度比微滴与空气之间的传热速度快.当微滴温度低于333 K时开始凝固,首先从与基板的接触面开始固化,直至完全凝固(t=0.33 s).将仿真结果通过后处理软件处理,得到单个微滴凝固后的直径为D=420 μm.表1 打印材料物理参数属性数值粘性流体密度/(kg·m-3)7600参考温度/K273.15流体比热容/(J·kg-1·K-1)165基板密度∗比热(J·m-3·K-1)5.0×106流体导热系数(W·m-1·K-1)5基板导热系数/(W·m-1·K-1)29.7流体表面张力系数/(N·m-1)0.07液相温度/K335.15固相温度/K333.15接触角/°90潜热/(J·kg-1)1.0×105图4 单个微滴固化形态图进一步研究打印直线的情况,为不失一般性,综合考虑喷嘴运动速度和加速度对打印过程的影响,仿真微滴直径为400 μm,ux分别为0.02 m/s、0.025 m/s、0.03 m/s,且加速度为零时的微滴成形情况.进一步,依次考虑在上述3种速度水平下,加速度分别为0.5 m/s2、1 m/s2、1.5 m/s2时的情况.为降低计算量,每种情况连续打印6滴构成直线,结果汇总如图5所示.图5 不同速度和加速度下打印直线仿真图由图5可以发现,在相对低速、低加速度情况下,微滴堆积成直线时重叠尺寸w相对较大,直线轮廓波动较为平缓,轮廓精度更高,但打印效率较低;当速度、加速度增大时,微滴间重叠尺寸变小,中心间距增大,轨迹连续性和轮廓精度逐渐降低.为验证本文建立模型的有效性,将公式(11)、(10)计算的理论长度及位置偏差结果与数值仿真结果进行对比,结果整理分别如图6、图7所示.图6 不同加速度和速度下打印的直线长度与模型预测长度对比图7 不同速度和加速度下打印的直线长度与模型预测位置偏差对比由图6可知,在不同速度和不同加速度情况下,模型计算的打印长度和对应的数值仿真结果均存在一定程度的误差,且平均误差随速度的增大而减小.经计算,ux=0.02 m/s时平均误差为7.18%,ux=0.025 m/s时为6.59%,ux=0.03 m/s时为6.07%,存在误差的主要原因是因为预测模型中未考虑后一微滴与前一微滴接触后沿前一个微滴侧边向前滑移的影响.图7为不同速度、不同加速度下模型预测微滴沉积位置与仿真结果的比较.可以发现本文建立的模型依然具有较高的预测精度,平均预测误差为11.3 μm,占成形后微滴直径的2.69%.但当加速度处于0.5~1 m/s2时误差相对增大,这是因为在该加速度范围内,微滴间的重合宽度与微滴半径的比值0.45<w/r<0.75,导致后一微滴与前一个微滴碰撞后,在前一个微滴侧边向前滑移的效果相对增大的缘故.上述结果表明,喷嘴运动速度、加速度会影响3D打印尺寸及微滴沉积位置.实际3D打印过程中,可通过本文所建立的模型对打印速度、加速度进行调控,并结合设计目标,来提高打印尺寸的精度.3 结论本文建立了喷嘴运动对微滴喷射3D打印尺寸与微滴沉积位置影响贵的预测模型,并通过数值仿真进行了验证.结果表明,本文建立的模型具有较高的预测精度,其结果可作为微滴喷射3D打印过程的理论参考,并具有一定的现实意义.参考文献:[1] 高琛,黄孙祥,陈雷,等.微滴喷射技术的应用进展[J].无机材料学报,2004,19(4):714-722.[2] 齐乐华,钟宋义,罗俊.基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术[J].中国科学.信息科学(中文版),2015,45(2):212-223.[3] 卢秉恒,李涤尘.增材制造(3D打印)技术发展[J].机械制造与自动化,2013,42(4):1-4.[4] 曾祥辉,齐乐华,蒋小珊,等.金属熔滴与基板碰撞变形的数值模拟[J].哈尔滨工业大学学报,2011,43(3):70-74.[5] Zhang D, Qi L, Luo J, et al.Geometry Control of Closed Contour Forming in Uniform Micro Metal Droplet DepositionManufacturing[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2017, 243:474-480.[6] Li H, Wang P, Qi L, et al, 3D Numerical Simulation of Successive Deposition of Uniform Molten Al Droplets on A Moving Substrate and Experimental Validation[J]. Computational Materials Science, 2012,65(4):291-301.[7] 熊红兵,朱剑,邵雪明.熔滴在不同基板上碰撞、变形和凝固过程ISPH方法模拟[J].水动力学研究与进展,2011,26(04):406-412.[8] Pasandideh-Fard M, Chandra S, Mostaghimi J. A Three-Dimensional Model of Droplet Impact and Solidification [J]. International Journal of Heat & Mass Transfer, 2002, 45(11):2229-2242.。
基板倾斜角度对3D打印微滴成形形貌的影响研究
基板倾斜角度对3D打印微滴成形形貌的影响研究陈从平;吕添;邓扬;何枝蔚;吴喆;张屹【摘要】为研究微滴喷射3D打印过程中基板倾斜角度对微滴成形形貌的影响,以低熔点铅锡合金为研究对象,通过实验和仿真研究微滴分别与0°、15°、30°、45°、60°倾角的基板碰撞动力学特性及微滴形貌成形规律.结果表明,基板倾角对微滴铺展的对称性和形貌有着主要影响,随着倾角的增大,微滴铺展的不对称性也随之增大.在一定倾斜角范围内,微滴与基板碰撞后铺展程度变化不大,微滴沿壁面滑移距离变化较为平均,随着倾斜角增大到一定程度,铺展程度变化显著,滑移距离变化较大;微滴的惯性力对微滴碰撞前期的变形影响较大,微滴成形后期其形貌主要受张力、应力和粘性力的影响.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】3D打印;铅锡合金;VOF方法;基板倾角【作者】陈从平;吕添;邓扬;何枝蔚;吴喆;张屹【作者单位】三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;常州大学机械工程学院,江苏常州213164;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;常州大学机械工程学院,江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TH1450 引言微滴喷射3D打印[1]是一种典型的增材制造技术,目前主要应用于微结构制造,它是基于离散堆积的原理,利用气压或者压电驱动,将熔融金属以微滴的形式从喷嘴中喷出、与基板碰撞、逐层沉积而形成实体。
微滴喷射与其它成形技术相比具有成形精度高,成本低,可控性较强等优点,但制品的形貌精度难以控制。
微滴的形貌变化主要发生在微滴与基板碰撞、铺展这一典型的自由表面流动过程中,该问题涉及材料本身热力学特性、微滴尺度、接触面质量等诸多因素,其中基板本身的表面质量如不平整度是影响微滴堆积形貌的主要因素之一,引起了国内外学者的高度关注。
我国研发出世界最前沿的喷涂技术
我国研发出世界最前沿的喷涂技术
吴承汕
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2007(4)1
【摘要】据媒体介绍,北京某公司研发出世界上最前沿的高科技喷涂技术——纳米镜面喷镀技术。
该技术采用专用设备和先进的材料,可在各种塑料制品、树脂、金属及玻璃、陶瓷、木材、复合材料等各种材料上做出黄金、红金、24K金、白金等100多种高亮度镜面效果。
【总页数】1页(P41)
【作者】吴承汕
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TB33
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1.自古英雄出少年——解读世界最年轻棋后侯逸凡的成才之路 [J], 李超
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3."量入以为出":世界上最古老的国家理财原则 [J], 李炜光;张晓凯
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CRPS:功能性纳米材料超快合成策略大盘点CellPress论文速递
CRPS:功能性纳米材料超快合成策略大盘点CellPress论文速递物质科学Physical science近年来,具有特殊动力学条件的超快合成策略在可控亚稳态纳米材料的制备过程中显示出巨大的潜力。
近日,天津大学邓意达教授、陈亚楠教授、胡文彬教授团队在Cell Press期刊Cell Reports Physical Science上发表了一篇综述文章,详细介绍了喷雾热解(SP)、微波(MW)、液体激光烧蚀(LAL)和高温热冲击(HTS)等具有代表性的超快合成策略,通过物理或化学自上而下的方式将各种大块原材料或盐前驱体等瞬间转化为不同结构的超细小纳米材料(如纳米颗粒、纳米核壳结构、高熵材料、单原子、化合物等)。
Cell Press细胞出版社微信公众号对该论文进行了解读,旨在与广大科研人员深入分享该研究成果以及一些未来的展望,点击“阅读原文”或识别下图二维码阅读英文原文。
▲长按图片识别二维码阅读原文图1.纳米材料超快合成示意图喷雾热解法(SP)喷雾热解已广泛应用于各种空气燃料电池和超导体等领域。
前驱体溶解在溶剂中后由雾化器雾化成微小的液滴,然后与载气一起送入热源(即火焰、熔炉等)。
在这段时间里,每个液滴充当一个微型反应器。
溶剂蒸发后,溶质发生扩散、分解、烧结和团聚,最后形成产物。
图2.喷雾热解法示意图微波法(MW)微波技术综合了快速合成、选择性加热和高能量利用率等优点。
它具有直接性、选择性和体积性的特点,能迅速产生大量的热量,使目标样品的温度急剧上升。
停止加热后,功率从几兆瓦降低到零。
这种猝灭反应导致亚稳材料的形成。
与传统加热方法相比,MW更像是一种独特的快速受限原位加热方式。
图3.微波超快合成策略示意图液相激光烧蚀技术(LAL)LAL技术的核心是利用高能激光轰击和加热液相中的靶材料。
激光将局部靶材熔化成金属液滴,高温使金属液滴周围的液体迅速蒸发。
产生的蒸汽引起瞬间局部高压,这种高能蒸汽带来的破碎效应将微小的金属液滴或等离子体羽流喷入周围的液相,引发强烈的淬火效应,在纳米材料合成领域有着巨大的应用前景。
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abs .Fnl , e rgno s tr spr a emoe db edga d p tet gt h o g.T sn eut ai i l h t oe eu e a at cnb dl yt i t r l tn cnl y et grsl s ay e ma i l s e h il o ej i e o i s
Su yo h d l ga dDii l coDr pe ne t nT c n lg f td nteMo ei n gt r - o lt jci eh oo yo n a Mi I o
He e 0 e e u a e i lPa t t r g n 0 s M t ra r
方法. 利用三维切片软件将该 方法所建 的异质材料模型进行切片分层得到二维切片数据 , 依据二维切片数据生成微滴喷射的驱 动信号 , 在此基础上运用数字化微滴喷射技术对异质材料模型进行成型加工 , 测试结果表 明了该建模方法 的可行性.
[ 关键词 ] 异质材料零件, 快速成型, 多色距离场, 数字化微滴喷射 [ 中图分类号 ]T 24 [ P 0 文献标 志码 ]A [ 文章编号] 6219 ( 02 0 -0 00 17 —2 2 2 1 ) 1 1 - 0 5
s o t e sblt ft t d h w hef a i ii o he meho . y
Ke o d : e rgn os tr l pr, ai po tp g m l—o r i ac e , i t rp tet g yw rs h t oeeu e a a rp rty i , utcl s n efl dga dol tn e ma i s t d o n i odt id il ej i
。
异质材料 的建模与数字化微滴喷射技术研究
施 建 平 , 继全 , 杨 李静 波 , 玉 芳 朱
( 南京 师范大学[ 摘要 ] 针对异质材料零件内部的多种材料无序分布且难以表达的问题, 提出了一种基于多色距离场的异质材料模型建模
Ab t a t o h r b e o e mae il i r u i n ds r e ig i s et e h tr g n o sp r a d t erd f c l oe - sr c :F rt e p o lm f h tr s i t iod r i h ee o e e u a t n h i i ut t x t a d tb o n n d i y p e s t e p p r p e e t a meh d o d l g h tr g n o s mae il a e n mut r s ,h a e rs ns t o fmo ei ee o e e u tr s b s d o l n a i—c lr d sa c ed,a d a oo i n e f l t i n tr e d me s n ls cn o t r s d t l e a d ly rte h t rg n o s mae a sc n t ce y t e meh d t b h e — i n i a l ig s f o i wae i u e o si n e ee e e u tr o sr td b h t o o . s c a h o i l u o ti wo d me so a l e d t.T e h r e sg a f p a r p esi e e ae i ・ i n in l l e o a aa a n t - i n i n l i aa h n t e d i in o ry d o l t sg n r td w t t d me so a i f t s sc v l s h wo sc d
近年 来 , 随着科 学技 术 的发 展 , 各类 零件 的性能 要求越 来越 高 , 这种情 况 下 , 对 在 传统 制造 中用 单一 的 材 料构成 的零 件 已难 以满 足各 类近 乎 苛刻 的使用 条 件 . 由此 人们 提 出了 异质 材 料零 件 H ( eeoee MP H t gn- r OSM t i at概念 . 是指 一种零 件 内部 由多种不 同 的材料 连 续或 非 连续 分 布构 成 , 有 较高 的单项 I aea Pr l rl ) 它 既 指 标又 有 良好 的综 合性 能. 常异质 材料 可分 为 3类 : 通 多材 料模 型 、 嵌入 零件模 型 、 功能梯 度材 料模 型 … . 异 质材 料零件 的性 能通 常是 由各 种材 料 的 比例决 定 的 , 因而 要根 据零 件 的功能 要 求进 行 外部 几 何 形 状 拓扑 和 内部材料 分 布的耦 合设计 . 大体方 面看 , 从 异质 材料零 件 的研 究涉 及两个 关 键 问题 : 质 材料 零 异
第 1 2卷第 1 期
21 0 2年 3月
南京师范大学学报( 工程技术版 )
JU N LO A J GN R A NV R I ( N IE RN N E H O O YE IIN O R A FN NI O M LU IE S Y E GN E IGA DT C N L G DTO ) N T Ma 2 2 r 01
Sh in ig, n iu n, i ig o, u Yua g i a pn Ya g Jq a L n b Zh f n J J
( col f lc cl n tm tnE g er g N nigN r a U i ri , ,j g 10 2 hn ) S ho o et a adAu ai ni e n , aj om l nv sy Nm i 04 ,C ia E r i o o n i n e t n2