通用挤出型食品3D打印机的设计

为了解决当下专用食品3D打印机可打印食材种类单一的问题，课题组设计了一款可打印巧克力和面点类的通用挤出型食品3D打印机。通过SolidWorks软件设计了笛卡尔坐标系形式的机械结构，并对其滚珠丝杠螺母传动机构进行了分析计算，详细介绍了其选型过程。通过气压供料、活塞挤出的方式，实现了打印喷头的连续供料功能。针对巧克力类熔融挤出低温冷却及面点类常温挤出加热熟化的食材成型特性，设计了可实现制冷和加热切换的恒温打印平台温控系统，实现了食品3D打印成型的通用性。研究结果表明该型食品3D打印机能以连续性供料的方式打印巧克力及面点类食品，顺应了多功能发展的理念。所设计的食品3D打印机可以完成一机多用的个性化食品打印，具有一定的实用价值。     

基于ANSYS的复合型阶梯变幅杆动态特性研究

为了对某复合超声变幅杆进行动态特性研究,基于变幅杆设计理论,利用仿真软件MATLAB和ANSYS对其进行动力学分析。根据复合变幅杆的3个主要设计参数,即面积比、端口直径和圆锥过渡长度,对变幅杆进行有限元仿真试验,记录每组试验的共振频率、放大系数及最大响应应力等动态性能参数进行分析。结果表明：面积比或端口直径越大,有限元得到的共振频率和放大系数越偏离解析值,最大响应应力也越大;圆锥过渡长度越大,有限元得到的共振频率和放大系数越接近解析值,最大响应应力也越小。3个设计参数对变幅杆动态特性都具有显著影响,过大的面积比或端口直径都有可能导致变幅杆失真而无法工作或是最大响应应力超出材料的许用应力导致变幅杆损坏。增大圆锥过渡长度可以减小共振时产生的频率误差和最大响应应力值,但同时会减小放大系数。     

Delta并联3D打印机运动学分析

针对桌面型3D打印机的需求,基于Delta机构设计了一种3-PUU构型并联3D打印机,建立了基于向量运算的运动学模型,分析了解析形式的运动学逆解和正解问题,利用几何法求解了打印机构的工作空间。在综合机构尺寸基础上构建了3D模型,规划了3D打印过程中典型的喷头运动轨迹,利用虚拟样机技术,在RecurDyn环境下进行了轨迹优化和仿真试验,验证了设计的合理性。     

喷涂机器人的喷头结构优化

在喷涂机器人自动喷塑过程中，静电装置和喷嘴内部易产生粉末涂料堆积的问题，因此课题组基于SolidWorks 2016软件建立了喷头三维模型；使用ANSYS17.0的FLUENT模块对喷头进行流体仿真分析，发现喷头内部结构设计不合理。然后对喷头进行结构优化：将静电装置中原先的单条4 mm宽度横梁改成3条按等边三角形分布的1 mm宽度的横梁，同时将内芯的圆柱体改成圆锥体；使用斜面喷嘴代替整平面喷嘴，并对斜面角度进行研究，发现45°角斜面是最合适的角度。静力学分析结果表明：改进后喷嘴内粉末不易堆积，优化设计达到了要求。     

基于BP人工神经网络的磨料水射流切割深度模型

在已知的磨料水射流切割混凝土实验数据的基础上,应用BP人工神经网络理论,并且借助MATLAB神经网络工具箱,建立磨料水射流切割深度模型.模型中包括的射流参数有射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度.通过模型预测结果与实验结果的比较,表明模型具有一定的精度.     

3D打印产业技术的演变与预测研究 ——基于专利主路径分析

作为新兴产业,3D打印产业在近年来受到了广泛关注,并在诸多技术方向上齐头并进,其当前研究重点及其技术未来应用方向值得进行深入的科学分析与探讨.该研究基于专利主路径分析对3D打印产业技术进行演变和预测分析,以德温特世界专利索引数据库为数据源检索3D打印相关技术专利,结合技术生命周期分析,将3D打印技术划分为三个发展阶段,借助Ucinet软件和Pajek软件分析不同阶段的技术发展主路径.结果表明,3D打印技术在设计与生物组织工程等方面的应用将是未来技术发展与市场应用的重要方向.     

粉体喂料3D打印机输送螺杆的有限元模拟及实验验证

为了探究粉体喂料3D打印机输送螺杆的构型对打印制品表面质量的影响,课题组使用三维软件SolidWorks绘制出3种螺槽深度分别为 1.8,1.8~3.7和3.7 mm的输送螺杆;采用有限元分析软件ANSYS对3种螺杆分别进行模态分析和谐响应分析,得到3种螺杆的各阶固有频率和坐标轴上的响应频率。对 比研究表明螺槽深度为1.8~3.7 mm的螺杆的力学性能更好。最后经过实验打印金属制品,比较使用各螺杆打印制品的表面质量,验证了有限元分析的准确性。该 研究为螺杆构型的优化设计提供了一种新方法。     

3D打印产业基地发展环境与对策研究

近年来,3D打印作为一种快速成型技术,其应用范围不断拓展,市场规模快速增长,我国许多地方政府争相打造3D打印产业基地,期待以此拉动地方经济发展。然而,针对这些3D打印产业基地发展环境与对策的理论研究却十分缺乏。设计3D打印产业基地发展环境SWOT分析模型,以鞍山市为例,分析其3D打印产业基地的发展环境,并设计相应的发展对策,旨在为我国3D打印产业基地的发展和建设提供借鉴。     

电极形状对铝合金薄板凸焊影响的有限元分析

凸焊过程的焊接电流和焊接压力是影响焊接结构质量的重要工艺参数.利用有限元分析软件Simufact-welding建立了多场耦合的凸焊有限元仿真模型,研究了6063铝合金薄板凸焊过程中电极形状对焊核尺寸和残余应力的影响.结果表明,当焊接电流35kA、焊接压力5kN时,采用C型电极能够在相同的电流和压力下,得到最小的焊核尺寸以及最小的接头变形量.经过实验对比,发现C型电极的变形量最小而D型电极的变形量最大,其仿真结果基本能够代表实验结果,因此,该仿真方法能够较为准确地为真实焊接过程提供方向性指导.     

纱线减羽装置的设计与研究

本文分析了纱线毛羽的产生及其危害,在研究与分析减少毛羽的机理即假捻-解捻-包缠及纱线减羽过程的基础上,以喷气纺纱喷嘴的结构参数为依据,选择喷嘴的喷孔直径、纱道直径、气压等参数设计并加工喷嘴, 安装于SAVIO自动络筒机上用于纱线毛羽的控制.通过实验证明:经过喷嘴络筒,纱线表面毛羽能显著降低而强力反而有所增加,达到预期目标.     

水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术。在室内实验基础上， 运用流体力学计算方法， 对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算， 得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布， 揭示了喷嘴空间位置、 喷嘴数量、 孔道形状、 喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律。结果表明：高速射流之间具有很强的独立性， 喷嘴空间位置和喷嘴数量不会影响孔道内压力； 水力射流在不同形状孔道内产生的压力相同； 孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加。     

喷气织机主喷嘴引纬特性实验研究

为分析喷气织机引纬过程中纬纱进入筘槽段内的运动状态,减少纬纱飞行过程中卷曲、飘动等不利运动情况,通 过优化引纬工艺参数,搭建纬纱运动特性观测实验平台,利用高速摄影技术对纬纱飞入筘槽部分进行拍摄研究,获得气 流特性与纬纱运动速度、加速度等参数之间的关系。实验结果表明,当主喷压力为0.3 MPa、主喷嘴出口距筘槽长度为 20 mm,主喷嘴出口距第一辅喷嘴距离为50 mm时,织造能耗小,纬纱波动小,引纬效率高。研究结果为实际生产提供了 参考。     

低压旋流喷嘴流场特性的数值仿真分析

针对以水为单介质流体的螺旋旋流雾化喷嘴的流场特性,采用VOF方法,建立了低压旋流喷嘴内流场的三维流动数学模型。通过改变旋流喷嘴的螺旋体长度、入口槽道截面积、螺旋升角、螺旋槽形状、旋流室内锥角等不同的结构参数,对雾化喷嘴的压力场、速度场进行数值分析仿真,得到了螺旋旋流雾化喷嘴的结构参数对流场特性的影响规律。研究结果对低压旋流喷嘴的设计与开发具有指导意义。     

基于ANSYS的USB数据接口球头弹片结构改进

为提高USB接口数据传输的稳定性和延长使用寿命,课题组对弹片结构进行了改进。基于弹片压力变形理论和库仑摩擦定律,同时考虑弹片接触大变形的关键因素,运用ANSYS Workbench软件建立了某型号USB数据接口球头弹片和接头接触的力学模型;运用有限元方法,对接头与数据接口球头弹片插合过程进行仿真分析,对比分析了插合过程中球头弹片的力学特性的理论计算和仿真分析结果。研究结果表明：球头弹片的3种结构参数对其力学特性存在影响,原始结构设计存在缺陷;依据仿真分析的结果对3种结构参数进行调整,获得了既能满足其材料屈服强度又具有良好力学性能的结构参数范围。研究结果为高性能USB数据接口的结构优化设计与可靠性设计提供了参考依据。     

直写式硅胶3D打印系统设计

针对柔性器件制备工艺复杂、定制化程度低等问题，课题组设计了直写式硅胶3D打印系统。该系统利用精密螺杆泵将高黏度单组份室温固化硅橡胶挤出，通过三轴运动平台对胶线的轨迹进行精准控制，经逐层堆积以及室温固化实现柔性器件的精确制备；通过测量堆垛结构的线距和对标准哑铃试样力学性能测试，对制备的柔性器件进行尺寸及静力学分析。结果表明：制备样品尺寸的相对误差在3%以内，哑铃式样机械性能良好，系统可以按要求进行柔性器件打印。直写式硅胶3D打印系统为柔性器件的制备提供更简化的工艺以及丰富的个性化定制。     

FDM工艺成型体力学性能的数值分析

3D打印技术是一系列快速原型成型技术的统称,它是一种以数字模型文件为基础,通过逐层打印的方式来制造物体的技术。FDM工艺是目前3D打印技术中使用最广泛的工艺,该工艺成型产品的力学强度主要取决于打印参数的设置。研究使用FDM工艺打印的ABS材料制品的力学性能与打印参数(包括打印层厚度、沉积纤维宽度和纤维铺设角度)之间的复杂关系,使用试验设计法确定了FDM产品的力学强度与打印参数间的定量关系,为使用3D打印技术直接制造功能性产品提供了理论支持。     

基于正交试验法的脉冲除垢系统优化

为了使应用于炭黑急冷器中的新型脉冲除垢系统达到更好的除垢效果,通过正交试验和数值模拟的方法,以换 热管壁面峰值压力作为评价指标,分析了喷吹压力、喷吹距离、喷嘴直径和喷吹时间对除垢性能的影响。得到了影响除 垢效果因素的主次顺序依次是喷吹压力、喷吹时间、喷嘴直径和喷吹距离;在所选取的水平范围内,当喷吹压力为2.0 MPa,喷吹时间取0.2-0.3 s,喷嘴直径为7.5 mm,喷吹距离为40 mm时,脉冲除垢系统能取得较好的效果。所得到的分 析结果为脉冲除垢系统的设计优化提供了理论依据,为炭黑急冷器的工程化安全应用奠定了基础。     

除氧器恒速喷嘴的喷流特性研究

本文从理论分析的角度讨论了恒速喷嘴的工作原理,流量-压力间的依从关系及其影响因素,理论分析结果与实验数据能很好吻合,为国内自行设计恒速喷嘴提供了一份有用的资料.     

磨料射流及高分子减阻改善射流性能的实验研究

本文设计了磨料射流系统及喷嘴结构,实验研究了磨料射流切割与破碎物料的性能,确定了磨料喷嘴出口的最佳长度,对清水和磨料溶液进行了射流冲击性能比较试验;并进一步在磨料射流中加入高分子聚合物添加剂,实验证明,高分子减阻剂同样对磨料射流性能有改善.     

基于Moldflow的多组件塑料喷头的模具设计

完成了多组件塑料喷头模具的设计,基于Moldflow,分析了塑料喷头组件的成型特点,并根据分析结果修正了设计中的错误。结果表明,采用一模多腔的布局形式可以同时对喷头的3个不同部件进行一次性成型,设计过程中结合使用软件的模具设计方式满足模具设计要求,可以优化模具设计过程。