本文關(guān)鍵詞：IPMC的3D打印技術(shù)研究

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【摘要】：IPMC(ion-exchange polymer metal composite,離子交換膜金屬?gòu)?fù)合材料)的結(jié)構(gòu)類似三明治,在基膜的兩側(cè)各鍍上一層金屬電極,當(dāng)在其厚度方向上施加電壓時(shí),IPMC向陽(yáng)極發(fā)生彎曲,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。但是IPMC輸出力小,這一缺點(diǎn)限制了它在更多領(lǐng)域的推廣使用。Nafion膜作為IPMC材料的基膜,改善Nafion膜的性能,能夠?qū)PMC性能改進(jìn)起到很好的促進(jìn)作用。本論文針對(duì)IPMC改性研究與復(fù)雜形狀I(lǐng)PMC應(yīng)用實(shí)際需求,首次提出并研究了IPMC中Nafion膜的3D打印技術(shù)方案。 首先,介紹了IPMC以及IPMC改性技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,分析了3D打印技術(shù)打印IPMC基膜的可行性,并指出實(shí)現(xiàn)3D打印IPMC基膜的技術(shù)瓶頸。 其次,對(duì)Nafion溶液添加MWCNTs(多壁碳納米管)進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn),并制得MWCNTs/IPMC,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MWCNTs改性方案的正確性。 然后,針對(duì)復(fù)雜形狀I(lǐng)PMC的制備以及現(xiàn)有材料改性困難的問題,確定了3D打印的系統(tǒng)框圖,設(shè)計(jì)了3D打印機(jī)的機(jī)械部分,并利用Adams進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。針對(duì)IPMC基膜3D打印的特殊性,對(duì)壓電噴頭進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)設(shè)計(jì)的噴頭進(jìn)行了CFX仿真。 最后,對(duì)3D打印機(jī)的控制系統(tǒng),選定了部分硬件電路,研究了壓電噴頭、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),畫出了壓電噴頭、步進(jìn)電機(jī)的控制框圖,并針對(duì)主要的元器件進(jìn)行選型,設(shè)計(jì)了主要控制電路。
【關(guān)鍵詞】：IPMC 3D打印 壓電噴頭 材料改性
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP391.73
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 IPMC的國(guó)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 IPMC的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 IPMC的國(guó)外改性研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 IPMC國(guó)內(nèi)改性研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 3D打印技術(shù)15-16
• 1.4 使用3D打印技術(shù)打印Nafion膜的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)瓶頸16-17
• 1.5 本文組織結(jié)構(gòu)17-20
• 第2章 添加MWCNTs的IPMC的制備20-28
• 2.1 現(xiàn)有材料的缺點(diǎn)以及改性的必要性20-21
• 2.2 改性用的Nafion溶液以及MWCNTs的介紹21-23
• 2.2.1 Nafion 溶液簡(jiǎn)介21-22
• 2.2.2 碳納米管的簡(jiǎn)介22-23
• 2.3 IPMC的改性制備23-25
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料的預(yù)處理23-24
• 2.3.2 MWCNTs/Nafion膜的制備24
• 2.3.3 MWCNTs/IPMC的制備24-25
• 2.4 MWCNTs/IPMC電阻及輸出力的測(cè)試25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 Nafion膜的3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)與分析28-42
• 3.1 成型方案的選擇28-29
• 3.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.1 系統(tǒng)總體框架29
• 3.2.2 PC主控機(jī)中數(shù)據(jù)的處理流程29-30
• 3.3 X、Y、Z方向控制電機(jī)的選取30-37
• 3.3.1 X軸電機(jī)的選取及傳動(dòng)方式的確定31-32
• 3.3.2 Y軸電機(jī)的計(jì)算32-33
• 3.3.3 Z軸電機(jī)的計(jì)算33-36
• 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)的選取36-37
• 3.4 Arduino功能介紹37
• 3.5 重要零部件的動(dòng)態(tài)性能分析37-41
• 3.5.1 噴頭的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析38-40
• 3.5.2 成形工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第4章 壓電噴頭的設(shè)計(jì)與分析42-56
• 4.1 壓電噴頭噴射流程42
• 4.2 噴頭的設(shè)計(jì)目標(biāo)42-43
• 4.3 壓電噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43-47
• 4.3.1 壓電驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)43-47
• 4.3.2 噴頭腔體的設(shè)計(jì)47
• 4.4 壓電噴頭噴射性能的分析47-54
• 4.4.1 壓電致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)分析47-50
• 4.4.2 壓電噴頭的性能分析50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 第5章 硬件電路設(shè)計(jì)方案56-64
• 5.1 噴頭驅(qū)動(dòng)電路的整體方案設(shè)計(jì)56-61
• 5.1.1 噴頭驅(qū)動(dòng)電路的框圖56-57
• 5.1.2 噴頭驅(qū)動(dòng)電路各模塊功能描述57-58
• 5.1.3 FPGA模塊的選型58
• 5.1.4 D/A轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)58-59
• 5.1.5 功率放大電路的設(shè)計(jì)59-60
• 5.1.6 FPGA與D/A模塊以及Arduino的接口60-61
• 5.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)61-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 工作總結(jié)64
• 6.2 研究展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-74
• 作者簡(jiǎn)介74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：839339