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连续纤维增强聚合物复合材料3D打印工艺研究进展
1
作者 苏文璐 钱波 +2 位作者 茅健 张立强 刘钢 《航空制造技术》 北大核心 2025年第1期117-129,136,共14页
连续纤维增强聚合物复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composites,CFRPCs)是增材制造领域的一种新材料,与金属、陶瓷等传统加工材料相比,具有质轻高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点,因此广泛应用于航空航天、轨道交通和生物医疗... 连续纤维增强聚合物复合材料(Continuous fiber reinforced polymer composites,CFRPCs)是增材制造领域的一种新材料,与金属、陶瓷等传统加工材料相比,具有质轻高强、耐疲劳、耐腐蚀等特点,因此广泛应用于航空航天、轨道交通和生物医疗等领域。近年来,随着增材制造技术的发展,CFRPCs 3D打印技术为高性能、低成本、可定制化的复杂结构零件制造方案开辟了新思路。本文主要针对CFRPCs 3D打印工艺进行系统综述,重点介绍了以熔融沉积成型工艺为主的CFRPCs 3D打印材料、工艺参数以及性能强化工艺的最新研究进展,并对目前面临的挑战以及未来发展进行了总结与展望。 展开更多
关键词 连续纤维 复合材料 3D打印 熔融沉积 增材制造(AM)
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增减材复合加工工艺研究进展
2
作者 刘彪强 李旭鹏 +3 位作者 钱波 胡珍涛 茅健 刘钢 《工具技术》 北大核心 2025年第1期1-14,共14页
增材制造可迅速生产出自由曲面和结构较为复杂的零件,广泛应用在航空航天等领域。但受其加工原理的限制,加工时会表现出较为明显的热胀冷缩效应和阶梯效应,进而影响加工零件的几何尺寸精度和表面质量。传统的减材加工精度高、表面质量好... 增材制造可迅速生产出自由曲面和结构较为复杂的零件,广泛应用在航空航天等领域。但受其加工原理的限制,加工时会表现出较为明显的热胀冷缩效应和阶梯效应,进而影响加工零件的几何尺寸精度和表面质量。传统的减材加工精度高、表面质量好,有效地弥补了增材制造带来的制造缺陷。基于增减材复合加工,将增材制造和减材加工有机结合可以进一步提高零件的加工精度和表面质量。本文主要针对增减材加工研究现状展开综述,阐述了增减材复合加工技术原理及特点,分析了国内外增减材复合加工工艺的研究进展,探讨了激光功率、沉积层温差、切削力、切削速度对加工工件的影响,总结了增减材复合加工工艺规划,指出了增减材复合加工未来发展方向。 展开更多
关键词 增材制造 增减材复合加工 加工工艺 工艺规划
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基于连续纤维增材制造工艺的四旋翼无人机拓扑优化 被引量：3
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作者 熊婷 钱波 +3 位作者 胡珍涛 茅健 赵嫚 刘钢 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期76-84,共9页
针对四旋翼无人机实现轻量化和提升力学性能的需求,提出一种连续纤维增材制造工艺和拓扑优化构型设计相结合的方法。首先基于复合丝材制备工艺,以连续碳纤维为增强材料,短切碳纤维填充尼龙为基体材料,通过熔融沉积成型制得复合材料样件... 针对四旋翼无人机实现轻量化和提升力学性能的需求,提出一种连续纤维增材制造工艺和拓扑优化构型设计相结合的方法。首先基于复合丝材制备工艺,以连续碳纤维为增强材料,短切碳纤维填充尼龙为基体材料,通过熔融沉积成型制得复合材料样件,研究成型方向、纤维分布区域和成型路径方式对样件力学性能影响,得到连续碳纤维复合材料的最佳工艺参数为平放打印、纤维层均匀间隔分布和0°成型路径。其次,利用拓扑优化技术对承载能力最弱工况下的四旋翼无人机重新设计,优化后模型的质量比优化前减轻了48%。再结合最佳工艺参数制备不同连续纤维体积分数的四旋翼无人机样件进行压缩性能测试,结果表明连续纤维体积分数为35%时,可在较低成本下提高样件的力学性能。 展开更多
关键词 连续纤维 增材制造 工艺原理 拓扑优化 四旋翼无人机
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基于形态学的自动铺丝纤维铺放准确性检测 被引量：1
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作者 曹节强 李军利 +1 位作者 刘钢 张立强 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期15-22,共8页
自动铺丝质量检查既耗时又不充分,缺陷对比度低。对此,根据铺丝过程中的热特性,搭建丝束铺放准确性检测平台,结合形态学算法对缺陷红外图像特征进行纤维铺放准确性检测。首先进行形状相同尺度不同的结构元素的顶帽变换,然后提取每一组... 自动铺丝质量检查既耗时又不充分,缺陷对比度低。对此,根据铺丝过程中的热特性,搭建丝束铺放准确性检测平台,结合形态学算法对缺陷红外图像特征进行纤维铺放准确性检测。首先进行形状相同尺度不同的结构元素的顶帽变换,然后提取每一组尺度下多尺度亮暗区域和相邻组尺度间的多尺度亮暗细节来增强图像;其次使用了多方向多尺度的结构元素和系数自调节的形态学边缘检测算法来获得丝束边缘位置。实验结果表明,该方法在减少图像噪声和增强图像的对比度之上平衡了边缘检测精度与抗噪性能之间的协调问题,有效检测了纤维铺放准确性,最大铺放误差不超过4.53%。 展开更多
关键词 图像处理 自动铺丝 形态学 红外图像 缺陷检测
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基于螺旋接触线的五轴侧铣刀具定位方法
5
作者 李忠朋 张立强 刘钢 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期575-584,共10页
针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢... 针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢量的数学模型,同时分析刀具-工件接触线的性质及参数表达式。再次,考虑实际加工中的非线性加工误差,通过运动学变换对全局刀位进行路径插补优化。最后,基于改进两点偏置法、最小二乘法及所提出的方法进行仿真分析并对比3种方法所产生的误差,同时基于后2种方法进行实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的方法能够有效减小侧铣加工中的原理误差,可为非可展直纹面的五轴侧铣加工提供一定的参考依据。 展开更多
关键词 五轴侧铣 非可展直纹面 螺旋接触线 路径优化 原理误差
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连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化 被引量：3
6
作者 苏文璐 卢立成 +3 位作者 钱波 茅健 张立强 刘钢 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期71-77,共7页
为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数,基于熔融沉积型3D打印工艺,通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件,并以此为研究对象,设计4因素3水平正交试验,研究连续CF隔层... 为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数,基于熔融沉积型3D打印工艺,通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件,并以此为研究对象,设计4因素3水平正交试验,研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合,验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌,进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明,当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时,打印制件的层内沉积线之间孔隙较少,层间结合效果较好,其拉伸强度和弯曲强度达到最高,分别为109.73 MPa和119.14 MPa,与短切CF增强尼龙6复合材料相比,拉伸强度提升了249%,弯曲强度提升了286%。 展开更多
关键词 碳纤维 尼龙6 熔融沉积 复合材料 3D打印 正交试验 工艺参数
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基于辊压增强的连续纤维复材3D打印方法研究
7
作者 胡珍涛 钱波 +3 位作者 张珂 熊婷 茅健 刘钢 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期92-99,共8页
目前连续纤维增强树脂的复合材料在FDM 3D打印技术上的应用发展迅速,但连续纤维材料层和树脂基础材料层两种不同材料的打印层间连接界面的孔隙率大导致打印件整体性能低。针对连续纤维与树脂基础材料由于不同材料差异导致层间黏结差的问... 目前连续纤维增强树脂的复合材料在FDM 3D打印技术上的应用发展迅速,但连续纤维材料层和树脂基础材料层两种不同材料的打印层间连接界面的孔隙率大导致打印件整体性能低。针对连续纤维与树脂基础材料由于不同材料差异导致层间黏结差的问题,笔者提出通过在3D打印机喷头上附加辊压辅助装置对打印层面逐一进行机械压实的方法来进一步提高连续纤维增强热塑性聚合物基高性能复合材料打印件的性能。采用正交实验法对比了试验刚性辊压轮作用于打印件成形表面时的不同辊压速度和相较于打印层面不同下压高度等参数的影响。为提高辊压实验的正确性,首先针对辊压速度和下压高度选定了9组不同参数的辊压过程进行仿真,通过数值模拟得出辊压装置最佳下压高度为0.03 mm,辊压速度4 mm/s。然后开发了相应的硬件和软件,包括双喷头与辊压装置的连接机构、辊压轨迹规划与控制算法等,最后通过实际打印模型样件测试验证了连续纤维增强复合材料3D打印零件通过实时辊压来提升性能方法的可行性。 展开更多
关键词 连续纤维 辊压 3D打印 数值模拟 结构设计
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