隨著人工智能和信息技術(shù)的更新?lián)Q代,現(xiàn)代制造業(yè)變得更具有柔性。新興的3D打印、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)機(jī)器人等熱點(diǎn)技術(shù)大大促進(jìn)了傳統(tǒng)制造行業(yè)的發(fā)展,其中3D打印技術(shù)在近三十年里進(jìn)步迅速。相比于傳統(tǒng)加工制造方式,3D打印具有低成本、高效率、柔性高且材料損失少的優(yōu)點(diǎn),它將給智能制造行業(yè)帶來(lái)深刻變革。本文基于壓電微噴原理和可控焊錫顆粒噴射打印的需求,以實(shí)現(xiàn)熱熔焊錫微液滴可靠、精確打印為研究目標(biāo),開(kāi)展了基于壓電微噴技術(shù)的熱熔焊錫顆粒打印技術(shù)的研究。在緒論中討論了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于壓電微噴技術(shù)、金屬零部件打印成型和現(xiàn)有3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀。明確了本課題的研究目的和意義,并對(duì)課題的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。確定了焊錫顆粒打印系統(tǒng)各組成部分需要實(shí)現(xiàn)的功能。首先根據(jù)噴射打印出形狀規(guī)則、大小可控的焊錫顆粒的需求確定了整體的設(shè)計(jì)方案。討論了壓電微噴裝置的工作原理,并提出了以壓電疊堆為驅(qū)動(dòng)部件結(jié)合柔性鉸鏈位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移放大的驅(qū)動(dòng)方案。確定了壓電疊堆在位移放大機(jī)構(gòu)上的安裝方法并討論了其有效性。然后根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化分析的結(jié)果,對(duì)位移放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,提高了機(jī)構(gòu)的工作性能和響應(yīng)速度。完成了熱熔腔體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Frustum公司設(shè)計(jì)并使用3D打印生產(chǎn)的金屬樣件2014年，中科院理化技術(shù)研究所的WangLei等人[37]提出了一種兼容金屬3D

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-70%，并且滿足力學(xué)方面的要求，減少的質(zhì)量為每一架飛機(jī)每年節(jié)省十幾萬(wàn)美金，打印出來(lái)的樣件如圖1-2所示。圖1-2Frustum公司設(shè)計(jì)并使用3D打印生產(chǎn)的金屬樣件2014年，中科院理化技術(shù)研究所的WangLei等人[37]提出了一種兼容金屬和非金屬的3D打印方法，可以用于電子元器件襯底和電路的同時(shí)打印和封裝。該方法通過(guò)控制打印噴頭的溫度和施加在注射器中的液態(tài)金屬墨水上的空氣壓力等，實(shí)現(xiàn)了低熔點(diǎn)金屬合金和非金屬油墨的同時(shí)打櫻打印的實(shí)體在室溫放置一段時(shí)間進(jìn)行固化，最后對(duì)實(shí)體進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估。采用該方法打印的具體過(guò)程和幾個(gè)打印實(shí)體如圖1-3所示。圖1-3混合3D打印的過(guò)程展示和幾個(gè)打印出的實(shí)體2016年，臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué)的王建勛等人[38]通過(guò)噴墨打印的方法將熔融的無(wú)鉛焊錫噴出后堆積為金屬實(shí)體，并對(duì)其過(guò)程進(jìn)行了瞬態(tài)分析。通過(guò)調(diào)節(jié)噴口與基板之間的距離，并用高速相機(jī)記錄其堆積是否準(zhǔn)確，證明了熔融無(wú)鉛焊錫的垂直和傾斜柱結(jié)構(gòu)可以使用壓電噴墨印刷系統(tǒng)進(jìn)行制造。而3D微結(jié)構(gòu)的端部形狀取決于從噴嘴到基板的距離以及熔融的無(wú)鉛焊錫液滴的沖擊速度。打

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-印出無(wú)鉛焊錫柱狀結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖1-4噴射高度不同的情況下焊錫堆積的柱狀結(jié)構(gòu)2017年，西北工業(yè)大學(xué)的齊樂(lè)華課題組[39,40]提出了一種分析噴射液滴角落重疊程度的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)在打印前確定實(shí)體輪廓線角度和打印液滴數(shù)目來(lái)補(bǔ)償液滴中心之間的距離，使得相鄰液滴之間的距離適中，從而解決了液滴過(guò)分重疊降低打印實(shí)體質(zhì)量的問(wèn)題。利用壓電微噴機(jī)構(gòu)在平坦的基板上噴射金屬液滴，通過(guò)計(jì)算獲得液滴的坐標(biāo)，打印結(jié)果提高了成型件的質(zhì)量。圖1-5展示了其最終打印件的效果圖，可以看出液滴均勻，重疊狀況得到改善。圖1-5經(jīng)過(guò)模型優(yōu)化后的打印件1.2.2壓電微噴平面金屬印刷的研究現(xiàn)狀2013年，法國(guó)的RitaFaddoul等人[41]采用壓電微噴裝置在氧化鋁帶上進(jìn)行銀線的打印，在液態(tài)銀中加入適量的水和乙二醇優(yōu)化其物理性質(zhì)，使其能夠經(jīng)21.5μm的噴口噴射到基體上，并在700℃下進(jìn)行燒結(jié)，最終形成的銀線具有接近于銀的最小電阻率，但長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)Y(jié)耗費(fèi)時(shí)間，導(dǎo)致效率較低，圖1-6為打印出來(lái)并燒結(jié)的銀線。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[10]“中國(guó)制造2025”下的3D打印[J]. 于灝.  新材料產(chǎn)業(yè). 2015(07)

博士論文
[1]壓電微噴機(jī)構(gòu)耦合特性及噴射性能研究[D]. 李鍇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018

碩士論文
[1]數(shù)字微噴光固化三維打印成型裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D]. 尹亞楠.南京師范大學(xué) 2015
[2]3D打印按需滴化微噴射關(guān)鍵技術(shù)[D]. 鄭振糧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]壓電式噴射三維打印成型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 朱天柱.華中科技大學(xué) 2012
[4]面向三維打印的壓電式噴頭的驅(qū)動(dòng)與控制[D]. 胡飛飛.西安電子科技大學(xué) 2012



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