异质功能件三维打印固化及烧结参数对成形质量的影响

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异质功能件是指由不同材质构成,具有特定功能的零件,传统的机电分离制造方法存在工艺复杂、精度低、性能差、制造柔性差等不足,一体化喷射成形技术结合适当的固化工艺可实现支撑防护结构和功能系统的同步喷射与固化成形,不但易于实现复杂结构成形,还可简化制造工艺。但固化工艺种类多,机理复杂,固化工艺参数直接影响最终成形件的性能。本文针对紫外光固化和闪光烧结的工艺参数对成形件性能的影响和参数优化进行了研究,旨在提升UV树脂的弹性模量以及导电图形的导电率。(1)针对逐层扫描的UV固化方式导致固化件弹性模量低的问题,设计正交试验分析了影响弹性模量的关键因素;使用反应动力学的分析方法推导了弹性模量随入射光强变化的关系式,并基于此拟合实验数据以建立弹性模量的预测模型,预测准确度达96%;在此基础上通过增加固化间隔和UV后固化工艺将弹性模量提高了 31%。(2)针对闪光烧结质量不稳定的问题,在热传导方程基础上,添加描述质量传递的控制方程,并使用等效热容描述物质相变,建立了描述闪光烧结过程温度变化的有限元模型,通过仿真和实验分析了不同烧结参数下导电图形的温度和导电率变化规律。(3)提出了一种基于Kriging代理模型的烧结能量优化方法,以最小化导电图形最高温度与理想温度的温差为优化目标,均匀选取初始样本点以建立代理模型,基于最大化期望提高准则增加样本点以提高代理模型精度并逐步逼近最优解,结果表明:优化后导电率提高28%。(4)开发了异质功能件一体化成形实验平台,实现了UV墨水和纳米银导电墨水的喷墨打印,UV固化和闪光烧结的复合固化,以及固化与烧结能量调控功能,并测试了系统的性能指标,最后利用该实验平台,制造了中心频率为6GHz的微带天线,导电率达3.9×107S/m,附着力达到ISO标准1级,基板弹性模量达1.6Gpa。本文通过对紫外光固化工艺和闪光烧结的理论研究与实验分析,提出参数优化方法,提高了 UV树脂的弹性模量以及导电图形的导电率,有助于共形承载天线等异质功能件一体化成形的理论研究和工艺优化。
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