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大面积微结构辊对板热压印装置研发及工艺优化

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精密成形工程 2024年第2期16卷 157-164页

作者：李钦军李波龚峰闫超深圳大学机电与控制工程学院深圳市高性能特种制造重点实验室广东深圳518060

目的研发一种模块化辊筒对平板类型的微结构热压加工装置,研究不同模具结构下的辊压工艺参数对光学聚合物微结构成形的影响,研究大尺寸的PMMA样品的翘曲规律。方法使用一种基于线接触的扫描连续辊压工艺,分别使用线槽模具、不锈钢网孔... 详细信息

目的研发一种模块化辊筒对平板类型的微结构热压加工装置,研究不同模具结构下的辊压工艺参数对光学聚合物微结构成形的影响,研究大尺寸的PMMA样品的翘曲规律。方法使用一种基于线接触的扫描连续辊压工艺,分别使用线槽模具、不锈钢网孔模具进行辊压实验,根据实验结果确定最佳工艺参数范围。结果在辊筒温度为150~180℃、平板温度为25℃、辊压压力为200~500 N和辊压速度为1 mm/s的工艺条件下,甲基丙烯酸甲酯平板(PMMA)微槽阵列的线槽宽复制度最高可达90%,微圆柱结构在40 mm×40 mm PMMA衬底的覆盖率高达95%。结论优化辊压工艺参数后,可以实现聚合物的大面积槽阵列和圆孔微透镜的稳定连续辊压成形。针对大面积光学聚合物翘曲的问题,进行了双面热辊压实验,发现二次成形后微透镜样品的最大高度偏差小于0.16 mm,翘曲现象得到了有效抑制。

关键词：辊对板热压印微结构光学聚合物装置研发工艺优化

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疏水性微结构聚合物的高效注塑成形制备

材料导报 2024年第15期38卷 293-298页

作者：欧阳江秀鲁艳军卓永就钟慧敏徐锦豪深圳大学机电与控制工程学院广东深圳518060

针对微结构聚合物元件的高效成形制备,本工作采用金刚石砂轮在钛硅碳陶瓷模芯表面精密磨削加工出V形沟槽阵列结构,通过微注塑成形工艺将模芯表面的微结构快速成形复制到聚合物工件表面,实现微结构聚合物元件的批量化与制造,研究不同微... 详细信息

针对微结构聚合物元件的高效成形制备,本工作采用金刚石砂轮在钛硅碳陶瓷模芯表面精密磨削加工出V形沟槽阵列结构,通过微注塑成形工艺将模芯表面的微结构快速成形复制到聚合物工件表面,实现微结构聚合物元件的批量化与制造,研究不同微结构尺寸对微结构聚合物表面疏水性的影响。结果表明,通过微细磨削加工技术和微注塑成形工艺,能够高效快速制备出微结构聚合物元件。微结构聚合物工件表面接触角随V沟槽间距的增加而逐渐减小,当V沟槽深度为150μm时,表面接触角可达123.19°。聚合物工件表面质量越高,其表面疏水性能越好。

关键词：微结构精密磨削微注塑成形聚合物疏水性

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热处理过程TiAlCrMn高熵合金的高温氧化特性与力学性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 203-218页

作者：陈平虎李柏春刘震周英豪李瑞卿张昀深圳大学机电与控制工程学院增材制造所深圳518060 哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院深圳518055 香港城市大学机械工程学院中国香港中南大学轻合金研究院高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

采用真空熔炼制备不同Al、Cr、Mn含量的TiAlCrMn系高熵合金,并对其高温氧化特性和热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,随着Al、Cr、Mn含量的增加,其高温氧化质量增加率明显降低,这是因为在氧化层中形成了连续且致密的富(Al,Cr)氧化... 详细信息

采用真空熔炼制备不同Al、Cr、Mn含量的TiAlCrMn系高熵合金,并对其高温氧化特性和热处理前后的力学性能进行研究。结果表明,随着Al、Cr、Mn含量的增加,其高温氧化质量增加率明显降低,这是因为在氧化层中形成了连续且致密的富(Al,Cr)氧化物,阻碍氧原子与其他合金原子相互扩散形成新的氧化物。另外,热处理前后的样品,其显微硬度均存在单调递增的趋势,晶粒粗化会导致样品硬度降低,而在高含量合金元素的样品中,析出强化会改善其硬度。变形诱导强化使材料获得更高的压缩强度,在500℃热处理后的样品其屈服强度有所降低,而经过900℃热处理的材料屈服强度得到提升,但其延展性降低。

关键词：高熵合金(HEAs) 抗氧化性显微组织演变显微硬度压缩强度

超薄柔性热管蒸汽通道微压印成形及传热性能研究

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机械工程学报 2024年第14期60卷 329-337页

作者：孙亚隆汤勇梁富业张仕伟伍春霞帅茂唐恒郑州大学机械与动力工程学院郑州450001 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 深圳大学机电与控制工程学院深圳518000

介绍PMMA壳体超薄柔性热管的制造设备与加工过程。分别采用分离式微压印模具加工的微柱子阵列和高温烧结多层铜丝网作为蒸汽通道和吸液芯,制造厚度0.67mm的超薄柔性热管。研究微压印温度、压力和压印时间对微柱子成形的影响。介绍超薄... 详细信息

介绍PMMA壳体超薄柔性热管的制造设备与加工过程。分别采用分离式微压印模具加工的微柱子阵列和高温烧结多层铜丝网作为蒸汽通道和吸液芯,制造厚度0.67mm的超薄柔性热管。研究微压印温度、压力和压印时间对微柱子成形的影响。介绍超薄柔性热管传热性能试验台设计与试验方法,试验结果表明最佳充液量为350~400μL,最高热导率达到924.1 W/(m·K);当超薄柔性热管弯曲90°时,其热导率仍为铜热导率的1.16倍。综上所述,利用微压印成形制作的PMMA壳体超薄柔性热管具有结构灵活、成本低廉以及低蒸汽阻力的优点,是解决柔性可穿戴式电子设备散热难题的理想方案。

关键词：柔性热管超薄微压印蒸汽通道聚合物

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伺服电机速度控制器的参数自动调整与抗扰动设计

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控制工程 2024年

作者：郑泽兴王恒升周君深圳市佳得设备科技有限公司中南大学高性能复杂制造国家重点实验室中南大学机电工程学院

伺服电机广泛出现在各类要求精密运动控制的应用场合，但其控制参数的自动调整仍然不够理想，需要专业人员现场手动调整，为其实际应用带来了一定的困难，也影响了伺服驱动器性能的发挥。以典型的伺服驱动系统为研究对象，建立了系统的... 详细信息

伺服电机广泛出现在各类要求精密运动控制的应用场合，但其控制参数的自动调整仍然不够理想，需要专业人员现场手动调整，为其实际应用带来了一定的困难，也影响了伺服驱动器性能的发挥。以典型的伺服驱动系统为研究对象，建立了系统的二惯量动力学模型，设计了一种基于遗传算法的速度控制器参数自动整定方法，综合三种动态性能指标，提出遗传算法优化的目标适应度函数，仿真结果表明，该算法能够快速有效地优化控制器参数，系统达到期望的动态性能。为进一步提高系统的抗扰动能力，设计了扩张状态观测器，将扰动的观测量引入速度控制器的前馈通道，有效提高了系统在扰动作用下的动态性能。优化的控制器参数与扰动观测器相结合，为实际工程更有效使用伺服电机提供了借鉴。

关键词：伺服电机伺服驱动系统参数自整定遗传算法扰动观测器

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镍钛编织支架的磨屑特征与细胞毒性关系研究

摩擦学学报 2024年

作者：孔德宇彭业萍庄溶润王松曹广忠深圳大学机电与控制工程学院广东省电磁控制与智能机器人重点实验室深圳清华大学研究院生物医用材料及植入器械实验室

应用血管支架的介入性治疗方案已经成为治疗心血管疾病的重要手段，新型交叉编织血管支架具有灵活性和良好的轴向柔顺性，适用弯曲、分叉和承载等复杂支架应用场景要求，已经在临床推广使用。生物医用镍钛合金(NiTi)因优异的生物相容性... 详细信息

应用血管支架的介入性治疗方案已经成为治疗心血管疾病的重要手段，新型交叉编织血管支架具有灵活性和良好的轴向柔顺性，适用弯曲、分叉和承载等复杂支架应用场景要求，已经在临床推广使用。生物医用镍钛合金(NiTi)因优异的生物相容性和形状记忆特性成为编织型支架的常用材料，支架在体内的摩擦磨损产生的磨屑会对人体的造成不良的生物学反应，对患者的生命健康产生严重威胁。在此背景下，深入研究支架材料的磨损特性及其与生物体相互作用的关系，对于进一步优化支架设计、提高治疗效果至关重要。为探究镍钛合金材料的磨屑特征与细胞毒性之间的映射关系，本文中开展了镍钛合金材料的体外摩擦磨损试验，采集不同磨损参数下的磨屑样本；研究了磨屑特征提取与智能识别算法，利用YOLOv5s和U-net卷积神经网络模型获取磨屑尺寸与形状类型的分布统计；此外，通过CCK-8染色法和活死细胞染色方法开展磨屑与细胞毒性试验，建立磨屑特征(磨屑尺寸与浓度)与细胞毒性的对应关系。结果表明：不同工况下的磨屑均处于0～50 μm之间，0～10 μm磨屑占比均超过50%，磨屑尺寸分布在各个试验条件下呈正态分布；磨屑形状主要以不规则状为主，近球状磨屑占比最少；角度与摩擦次数均显著影响磨屑的尺寸与形状分布，24400次和43200次摩擦情况下尺寸分布较为相似，但与14 400次摩擦后的磨损磨屑差异较大，角度与磨屑分布呈现倒U形趋势，摩擦角在60°左右时出现极值点；润滑条件的改变显著增加了小尺寸和长条状磨屑的占比，大尺寸和近圆状磨屑占比有所降低。细胞毒性试验结果显示，当磨屑浓度处于0～500 mg/ml区间时，细胞的毒性均为0或1级；随着磨屑样品浸提时间的增加，小尺寸(0～15 μm)磨屑浸提液的细胞增殖率虽有小幅度降低，但毒性等级仍为0和1级，符合生物医用材料细胞毒性标准，通过活死细胞图像可以看出所有细胞试验中细胞存活并且生长状况良好。研究结果为镍钛合金编织支架的磨损特性和生物相容性研究提供依据，为编制支架的设计与性能提升提供参考。

关键词：编织血管支架镍钛合金交叉编织磨屑特征细胞毒性

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熔金属选区激光熔化技术研究进展

稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1217-1228页

作者：吴世亮王素娟王海涛广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室广东广州510006 深圳职业技术大学机电工程学院广东深圳518055

近年来,难熔金属研究的逐步深入,传统工艺难以满足制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的空间与可加工性。本文对难熔金属材料的... 详细信息

近年来,难熔金属研究的逐步深入,传统工艺难以满足制备难熔金属及其复杂结构的需求。鉴于难熔金属材料的高熔点和优异的高温力学性能,将其与选区激光熔化技术相结合,将为难熔金属的设计提供更大的空间与可加工性。本文对难熔金属材料的选区激光熔化技术进行了总结,按照材料分类,对钨合金、多孔钽、钼合金以及难熔高熵合金进行评述。因为选区激光熔化成型难熔金属过程对合金成分和加工参数等较敏感,故总结了这些因素对工艺控制和零件质量的影响。最后,归纳了当前研究的优势和不足,并对今后的发展趋势进行了展望。

关键词：难熔金属选区激光熔化钨合金多孔钽难熔高熵合金

皮秒激光切向修整青铜结合剂金刚石砂轮的影响因素研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 229-240页

作者：郝明武姚鹏周嘉斌黎月明梁士通褚东凯黄传真山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061 山东大学深圳研究院深圳518063 北京控制工程研究所北京100190 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

青铜结合剂金刚石砂轮因为其优异的磨削性能和较强的耐磨性被广泛应用于硬脆材料的磨削。为改善砂轮的磨削性能,本研究提出了青铜结合剂金刚石砂轮的皮秒激光修整研究,对粗粒度(100#)的青铜结合剂金刚石砂轮进行了激光切向整形。通过理... 详细信息

青铜结合剂金刚石砂轮因为其优异的磨削性能和较强的耐磨性被广泛应用于硬脆材料的磨削。为改善砂轮的磨削性能,本研究提出了青铜结合剂金刚石砂轮的皮秒激光修整研究,对粗粒度(100#)的青铜结合剂金刚石砂轮进行了激光切向整形。通过理论计算获得了脉宽为10 ps的激光烧蚀去除青铜结合剂及金刚石磨粒的功率密度阈值。研究了激光功率密度、激光扫描速度、砂轮转速和偏置距离对激光修整质量的影响,通过修整后砂轮表面粗糙度、磨粒突出高度和磨粒后角角度评价砂轮修整效果。结果表明当激光功率密度I_(40W)=2.60×10^(11)W/cm^(2)、激光扫描速度v=360 mm/min、砂轮转速n=9 000 r/min、激光偏置距离a=0.5 mm时,可以获得表面粗糙度较低、磨粒形态更好的金刚石砂轮表面。本研究采用的超快脉冲激光具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度,几乎可以对任何材料进行加工,且具有热效应小和加工精度高等独特优势,有望实现更高精度的砂轮修整。

关键词：青铜结合剂金刚石砂轮超快激光砂轮修整精密加工

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超声振动下非晶合金的液体环境焊接

自然杂志 2024年

作者：李路遥李信马将深圳大学机电与控制工程学院

焊接技术在人类发展过程中发挥着至关重要的作用。以水下焊接为代表的特种环境焊接技术对航空航天、国防和远海开采具有深远的影响，但当焊接操作需要在情况复杂的水下进行时，焊接难度大大增加。除此之外，在易燃易爆液体或极端低温等... 详细信息

焊接技术在人类发展过程中发挥着至关重要的作用。以水下焊接为代表的特种环境焊接技术对航空航天、国防和远海开采具有深远的影响，但当焊接操作需要在情况复杂的水下进行时，焊接难度大大增加。除此之外，在易燃易爆液体或极端低温等复杂环境中，焊接加工具有更重要的应用前景，如油气储存容器修复、极地和深空制造等领域，然而相关的焊接技术仍未得到有效研究。超声振动加工是一种加载频率达到上万赫兹的特殊加工方式，对于具有无序结构的非晶合金(金属玻璃)而言，超声振动的施加能在一定程度上使其迅速“软化”。基于这一特性，我们将超声振动技术引入到液体焊接领域，成功地实现了非晶合金在水、海水、酒精和液氮环境中的焊接，为极端环境制造成型提供了一种可行的策略。

关键词：液体环境焊接非晶合金超声振动