北京工业大学3D打印中心信息发布及管理系统的设计与实现

这是一篇关于3D打印,MVC,JBPM工作流,Free Marker模板引擎的论文, 主要内容为处于互联网高速发展的时代,网站已成为政府、学校、公司等企事业单位进行形象展示、信息发布、资讯共享、业务扩展的一种必要手段,人们愈发趋向于使用网络来发布、获取和传递信息。根据目前发展状况,北京工业大学3D打印中心急需建立一个展示自身能力和技术水平的良好平台,实现中心的推广宣传、3D打印概念的普及、设备材料的管理等一系列功能,提供个性化产品定制服务。充分考虑中心的实际需求,北京工业大学3D打印中心信息发布及管理系统便应运而生了。系统包括信息发布子系统和中心管理子系统两部分,信息发布子系统包括前台和后台两部分,前台主要提供对中心资讯信息的浏览、查询功能,后台主要实现信息分类、文章审核、文章发布等功能;中心管理子系统则是为用户提供产品打印服务,方便中心人员管理订单和中心资源。采用MVC(Model-View-Controller)设计思想,整合Spring和Hibernate轻量级J2EE框架技术,设计和实现了一个完整可行的中心信息发布及管理系统。系统中运用了前台展示页面与后台内容管理设计分离的理念,使用FreeMarker模板引擎技术实现前台页面的静态化;设计了基于JBPM工作流技术的文章审核流程,将流程定义部署到Oracle数据库中,采用Hibernate实现类的持久化;并提出了基于工作流任务的权限设计思想,同时满足了业务系统中基本的非流程化访问权限的管理和工作流中权限动态分配的需求。系统的构建,更好的实现了信息的共享互动,满足和支持业务流程的规范管理。同时通过信息化手段提高了中心各部门在行政、服务和管理方面的效率,引领中心信息化建设跨上了一个新的台阶。

适于3D打印的网格简化方法

这是一篇关于自支撑,线框模型,网格简化,3D打印的论文, 主要内容为3D模型的轻量化设计由于其在增材制造方面省材,省时,功耗低的特点正在被广泛研究。轻量化设计的趋势逐渐从三维实体,薄壳模型向线框模型进行演化。目前多数研究是给定一个框架模型,基于特定的打印工具,设计解决机械臂与模型的碰撞问题的算法,解决的是稀疏网格模型的打印问题,然而缺少设计适合打印的网格结构的算法。使用经典的网格简化方法生成的稀疏框架结构,由于边方向角的随机性,自支撑率普遍小于50%,导致在分层打印过程中需要大量的支撑结构。本文提出了一种全新的适于3D打印的网格简化流程:利用全新的误差度量迭代删除边并进行点位置优化,二面角约束条件下进行边的翻转进一步提升自支撑比率。我们的误差度量(EM)将结合传统的二次误差度量(QEM),引入自支撑性度量(SSM)和基于法向的度量(NBM),一方面提升网格的自支撑比率,另一方面保持网格的细节特征。同时,我们还利用局部的自支撑比率的最大化来优化网格简化过程中收缩点的位置。然后在满足二面角约束的条件下利用边的翻转操作进一步提高网格模型的自支撑比率。最后为简化后的模型的非自支撑边按照一定的原则设计支撑结构并进行打印。实验中我们对模型参数、简化策略、误差度量进行分析,并与传统的基于二次误差度量的简化方法在自支撑比率、简化后网格边的方向角分布、打印模型等方面进行比较。实验证明我们的方法得到的稀疏线框模型需要更少的支撑结构同时又具有更小的几何误差。我们的方法在自支撑比率上有14%25%的提升。

北京工业大学3D打印中心信息发布及管理系统的设计与实现

这是一篇关于3D打印,MVC,JBPM工作流,Free Marker模板引擎的论文, 主要内容为处于互联网高速发展的时代,网站已成为政府、学校、公司等企事业单位进行形象展示、信息发布、资讯共享、业务扩展的一种必要手段,人们愈发趋向于使用网络来发布、获取和传递信息。根据目前发展状况,北京工业大学3D打印中心急需建立一个展示自身能力和技术水平的良好平台,实现中心的推广宣传、3D打印概念的普及、设备材料的管理等一系列功能,提供个性化产品定制服务。充分考虑中心的实际需求,北京工业大学3D打印中心信息发布及管理系统便应运而生了。系统包括信息发布子系统和中心管理子系统两部分,信息发布子系统包括前台和后台两部分,前台主要提供对中心资讯信息的浏览、查询功能,后台主要实现信息分类、文章审核、文章发布等功能;中心管理子系统则是为用户提供产品打印服务,方便中心人员管理订单和中心资源。采用MVC(Model-View-Controller)设计思想,整合Spring和Hibernate轻量级J2EE框架技术,设计和实现了一个完整可行的中心信息发布及管理系统。系统中运用了前台展示页面与后台内容管理设计分离的理念,使用FreeMarker模板引擎技术实现前台页面的静态化;设计了基于JBPM工作流技术的文章审核流程,将流程定义部署到Oracle数据库中,采用Hibernate实现类的持久化;并提出了基于工作流任务的权限设计思想,同时满足了业务系统中基本的非流程化访问权限的管理和工作流中权限动态分配的需求。系统的构建,更好的实现了信息的共享互动,满足和支持业务流程的规范管理。同时通过信息化手段提高了中心各部门在行政、服务和管理方面的效率,引领中心信息化建设跨上了一个新的台阶。

3D打印轻质吸能仿生结构设计与优化

这是一篇关于3D打印,仿生丝瓜络结构,主特征结构,轻量化,吸能性的论文, 主要内容为近年来,轻质吸能的功能需求日益增加,轻质吸能结构的开发成为研究热点,但由于现有结构设计方案遇到瓶颈,本研究转投自然界具有轻量化缓冲效果好的生物结构,通过结构仿生的方法从天然结构设计方案中吸取经验教训,极大扩宽了开发工作者的想象空间,同时3D打印又为复杂孔隙结构的高精度制备提供可靠技术手段。因此本研究将“结构仿生”理念与“3D打印”技术相结合,借鉴工程仿生学原理进行仿生结构的创新设计、性能分析、改进优化与应用研究,为开发高吸能结构拓宽了设计空间与实现途径。首先,为了确立本研究的仿生对象,对比、分析和选取自然界具有高缓冲、轻质效果的仿生原型结构,验证仿生原型结构的吸能特性,揭示了仿生原型各区域产生缓冲轻质的作用机制,基于仿生原型不同层次结构抽取、筛选、归纳、分析与提取产生轻质吸能的主特征结构(MFS),开展基于主特征结构的轻量化吸能仿生结构几何构型设计,建立仿生结构的参数化三维模型。其次,基于有限元方法建立仿真模型,引用SSE评估标准评定仿生结构的轻量化程度,采用仿真压缩实验的等效应力、应变结果评价仿生结构抗压能力。对比静力学仿真与压缩仿真实验结果,分析主特征结构对仿生结构稳定性、承载能力的影响与贡献能力。最后,采用DLP 3D打印光敏树脂材料实现仿生结构的制备,通过压缩实验对比评价仿生结构的吸能指标,进一步验证了主特征结构的作用。采用FDM 3D打印PLA材料实现吸能块的材料优选与结构尺寸优化。将优化后的吸能块应用到防护头盔吸能层中,建立防护头盔动力学仿真模型,采用冲击碰撞跌落仿真实验评定头盔的防护指标,验证了吸能块的防护吸能特性。综上所述,本研究采用逆向工程把仿生原型结构的特殊构型引入到轻质吸能结构的设计中,减少结构设计过程中的不确定性。同时3D打印也为解决轻质吸能结构开发存在的“制造决定设计”的问题上拓宽了“设计空间”与“实现路径”。因此结构仿生与3D打印技术的结合为创造具有卓越性能的轻质吸能结构提供了可能性。

PEDOT类导电聚合物水凝胶电致变色器件的构筑及应用

这是一篇关于PEDOT,导电聚合物水凝胶,电致变色,柔性电子,丝网印刷,3D打印的论文, 主要内容为作为一种节能显示技术,电致变色是指在弱电场作用下能够通过电子和离子的双重注入、抽取或发生氧化还原反应,从而使颜色能够发生可逆连续变化,已经在智能窗户、电子显示、智能手机等领域实现了产业化应用。随着柔性电子、可穿戴电子和智能显示等领域的飞速发展,以及器件柔性化、可拉伸化、多功能化、集成化和微型化的大趋势下,基础研究和产业界均对电致变色提出了高柔性、快速响应、长期稳定以及多功能性等新的需求。因此,如何开发高性能柔性电致变色材料及其低成本、大规模的加工集成技术进而构筑多功能柔性器件已成为电致变色领域亟需解决的关键挑战。高性能柔性电致变色材料的合理设计和低成本加工技术的开发是制约柔性电致变色发展的关键影响因素。现有电致变色材料,如过渡金属氧化物、导电聚合物、Mxene、COF、MOF等,仍存在响应速度慢、着色效率低、稳定性差与较差的柔软、可拉伸等力学性能的局限性;此外,大部分依赖旋涂、卷对卷等高成本的加工集成技术限制了其实际应用研发。近年来,柔性电子的快速发展,柔性电致变色备受关注,并且器件多功能的需求,柔性光电显示应用及开发仍是严峻的挑战。基于以上问题,本论文以导电聚合物水凝胶为核心,通过晶相结构调控,设计构筑了快速响应和长期稳定的微相分离导电聚合物水凝胶、优异长期稳定性的双网络导电聚合物水凝胶和高可拉伸和快速响应的双连续网络导电聚合物水凝胶。系统研究其电学、电化学、电致变色和力学等各项性能,揭示材料结构-性能关联规律;通过浓度调控、相聚集态调控等策略开发出具有可控流变性能的可丝网印刷墨水和可3D打印墨水,实现了此类水凝胶可编程图案化和大规模快速制造;进一步构建了新型导电聚合物水凝胶柔性、可拉伸电致变色器件。评估其电学、电化学、电致变色、力学、稳定性等各项性能,并探讨其在柔性阵列电子显示、可变形显示、智能窗户、可穿戴电子设备等柔性电子领域的应用前景;为高性能柔性电致变色的研究及大面积应用推广提供一定的理论指导与技术支撑。具体研究内容和结果如下:1、首次证明了PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶作为柔性电致变色材料的可行性,发现了具有快速响应、高着色效率和长期稳定性等性能;进一步开发了大面积丝网印刷技术,实现了高性能柔性图案化电致变色器件的低成本、大规模加工制造。PEDOT:PSS经干燥退火,氯化铁(Fe Cl3)后处理,形成相分离网络结构,络合PSS实现超分子自组装,得到高离子传输和高电子传导的PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶电致变色新型材料。系统表征及测试了其表面形貌、电致变色性能、电化学、电学性能以及长期稳定性,同时探究材料的结构和性能之间的构效关系。发现PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶电致变色材料实现了快速响应(着色时间:0.47 s;褪色时间:0.39 s,是PEDOT:PSS电致变色领域的最新记录),高着色效率(730.8 cm2/C,是传统PEDOT:PSS的5倍)。同时相结构调控提高离子-电子的迁移效率匹配程度,将循环性能提升到10000次以上并且衰减<5.3%。基于此,通过制备PEDOT:PSS可丝网印刷墨水,组装三层结构的导电聚合物水凝胶柔性图案化电致变色器件,展示了优异的机械稳定性(在7 mm曲率半径下10000次弯曲循环后对比度保持90.3%)。并探索导电聚合物水凝胶电致变色器件在柔性阵列显示、数字显示、可穿戴电子设备和智能窗户等方面的应用前景。2、建立了PEDOT:PSS类水凝胶晶相网络结构优化设计方法,构筑了优异电致变色性能和力学性能的PEDOT:PSS-PVA双网络水凝胶;继而开发了其3D打印技术,实现了高性能柔性图案化电致变色器件的快速加工制造。力学网络PVA引入PEDOT:PSS网络中形成第二力学网络构建了具有双网络结构的PEDOT:PSS-PVA水凝胶;氯化铁(Fe Cl3)后处理,络合PSS实现超分子自组装,得到高离子传输和高电子传导的PEDOT:PSS-PVA水凝胶电致变色新型材料,实现了高光学对比度(54.1%)、快速响应(着色时间:0.74 s;褪色时间:0.37 s),高着色效率(213.5 cm2/C)。同时相结构调控以及大孔结构的存在提高了离子扩散效率,将循环性能提升到20000次以上并且衰减<2.2%。首次制备可3D打印电致变色墨水,组装三层结构柔性图案化电致变色器件,展示了优异的动力学稳定性(经电化学循环15000圈后光学对比度下降了6.7%)和机械稳定性(在1.2cm的曲率半径下10000次弯曲循环后对比度下降了13.9%)。进一步演示了基于PEDOT:PSS-PVA水凝胶电致变色二维码显示应用,展示其在数字加密/解密、物联网等领域有着巨大的应用潜力。3、首次开发出本征可拉伸PEDOT:PSS-PU水凝胶电致变色材料,实现了材料力学性能和电致变色性能的同步提高,进一步组装了全水凝胶式本征可拉伸电致变色器件。溶剂效应在PEDOT:PSS与PU两个连续相间产生纳米尺度的微相分离,电致变色网络与力学拉伸网络能独立发挥其最大优势而互不影响,首次制备出本征可拉伸PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶电致变色新材料,同时实现了电致变色和力学性能的同时提升。PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶电致变色材料实现了高光学对比度(68.1%)、快速响应(着色时间:0.51 s;褪色时间:0.39 s),高着色效率(341.3 cm2/C)和高拉伸(350%)。同时相结构调控提高了电导率(14.34 S/cm),将循环性能提升到30000次以上并且衰减<7.7%。)基于双连续PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶和3D打印技术,进一步组装了全水凝胶式可拉伸电致变色器件,用于人体可穿戴电子设备。这项研究为可穿戴电致变色器件和本征可拉伸电致变色器件的设计提供了一个全新的设计思路。坚信PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶在柔性可拉伸电致变色领域有着巨大的应用前景。同时3D打印技术的引入为可拉伸电致变色在图案化可穿戴显示应用推广提供了加工技术支撑。本文围绕高性能柔性电致变色材料的开发、先进加工集成的技术缺乏和多功能器件的构筑等关键科学问题,在高性能导电聚合物水凝胶设计与加工、多功能器件制造、柔性电子显示应用等方面展开了系统深入的研究,取得了系统的理论和技术成果。以PEDOT:PSS水凝胶为核心材料,通过晶相工程调控构建了电致变色-电学-力学相网络结构的多尺度优化设计方法,设计研发了三种高性能PEDOT:PSS类水凝胶电致变色新材料,所研发水凝胶兼具优异的电致变色、电化学、电学、力学性能,开拓了导电聚合物水凝胶电致变色领域,并开发出高性能本征可拉伸电致变色材料;建立了丝网印刷和3D打印等先进加工技术,实现了柔性电致变色器件和本征可拉伸电致变色器件的低成本、大规模加工制造;进一步探究了在数字显示、可穿戴电子、智能窗户、信息加密等柔性光电显示应用潜力。本研究不仅拓宽了电致变色材料的研究范围,还交叉集成了多个领域的研究,而这为发展电致变色领域奠定了坚实的基础。

适于3D打印的网格简化方法

这是一篇关于自支撑,线框模型,网格简化,3D打印的论文, 主要内容为3D模型的轻量化设计由于其在增材制造方面省材,省时,功耗低的特点正在被广泛研究。轻量化设计的趋势逐渐从三维实体,薄壳模型向线框模型进行演化。目前多数研究是给定一个框架模型,基于特定的打印工具,设计解决机械臂与模型的碰撞问题的算法,解决的是稀疏网格模型的打印问题,然而缺少设计适合打印的网格结构的算法。使用经典的网格简化方法生成的稀疏框架结构,由于边方向角的随机性,自支撑率普遍小于50%,导致在分层打印过程中需要大量的支撑结构。本文提出了一种全新的适于3D打印的网格简化流程:利用全新的误差度量迭代删除边并进行点位置优化,二面角约束条件下进行边的翻转进一步提升自支撑比率。我们的误差度量(EM)将结合传统的二次误差度量(QEM),引入自支撑性度量(SSM)和基于法向的度量(NBM),一方面提升网格的自支撑比率,另一方面保持网格的细节特征。同时,我们还利用局部的自支撑比率的最大化来优化网格简化过程中收缩点的位置。然后在满足二面角约束的条件下利用边的翻转操作进一步提高网格模型的自支撑比率。最后为简化后的模型的非自支撑边按照一定的原则设计支撑结构并进行打印。实验中我们对模型参数、简化策略、误差度量进行分析,并与传统的基于二次误差度量的简化方法在自支撑比率、简化后网格边的方向角分布、打印模型等方面进行比较。实验证明我们的方法得到的稀疏线框模型需要更少的支撑结构同时又具有更小的几何误差。我们的方法在自支撑比率上有14%25%的提升。

PEDOT类导电聚合物水凝胶电致变色器件的构筑及应用

这是一篇关于PEDOT,导电聚合物水凝胶,电致变色,柔性电子,丝网印刷,3D打印的论文, 主要内容为作为一种节能显示技术,电致变色是指在弱电场作用下能够通过电子和离子的双重注入、抽取或发生氧化还原反应,从而使颜色能够发生可逆连续变化,已经在智能窗户、电子显示、智能手机等领域实现了产业化应用。随着柔性电子、可穿戴电子和智能显示等领域的飞速发展,以及器件柔性化、可拉伸化、多功能化、集成化和微型化的大趋势下,基础研究和产业界均对电致变色提出了高柔性、快速响应、长期稳定以及多功能性等新的需求。因此,如何开发高性能柔性电致变色材料及其低成本、大规模的加工集成技术进而构筑多功能柔性器件已成为电致变色领域亟需解决的关键挑战。高性能柔性电致变色材料的合理设计和低成本加工技术的开发是制约柔性电致变色发展的关键影响因素。现有电致变色材料,如过渡金属氧化物、导电聚合物、Mxene、COF、MOF等,仍存在响应速度慢、着色效率低、稳定性差与较差的柔软、可拉伸等力学性能的局限性;此外,大部分依赖旋涂、卷对卷等高成本的加工集成技术限制了其实际应用研发。近年来,柔性电子的快速发展,柔性电致变色备受关注,并且器件多功能的需求,柔性光电显示应用及开发仍是严峻的挑战。基于以上问题,本论文以导电聚合物水凝胶为核心,通过晶相结构调控,设计构筑了快速响应和长期稳定的微相分离导电聚合物水凝胶、优异长期稳定性的双网络导电聚合物水凝胶和高可拉伸和快速响应的双连续网络导电聚合物水凝胶。系统研究其电学、电化学、电致变色和力学等各项性能,揭示材料结构-性能关联规律;通过浓度调控、相聚集态调控等策略开发出具有可控流变性能的可丝网印刷墨水和可3D打印墨水,实现了此类水凝胶可编程图案化和大规模快速制造;进一步构建了新型导电聚合物水凝胶柔性、可拉伸电致变色器件。评估其电学、电化学、电致变色、力学、稳定性等各项性能,并探讨其在柔性阵列电子显示、可变形显示、智能窗户、可穿戴电子设备等柔性电子领域的应用前景;为高性能柔性电致变色的研究及大面积应用推广提供一定的理论指导与技术支撑。具体研究内容和结果如下:1、首次证明了PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶作为柔性电致变色材料的可行性,发现了具有快速响应、高着色效率和长期稳定性等性能;进一步开发了大面积丝网印刷技术,实现了高性能柔性图案化电致变色器件的低成本、大规模加工制造。PEDOT:PSS经干燥退火,氯化铁(Fe Cl3)后处理,形成相分离网络结构,络合PSS实现超分子自组装,得到高离子传输和高电子传导的PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶电致变色新型材料。系统表征及测试了其表面形貌、电致变色性能、电化学、电学性能以及长期稳定性,同时探究材料的结构和性能之间的构效关系。发现PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶电致变色材料实现了快速响应(着色时间:0.47 s;褪色时间:0.39 s,是PEDOT:PSS电致变色领域的最新记录),高着色效率(730.8 cm2/C,是传统PEDOT:PSS的5倍)。同时相结构调控提高离子-电子的迁移效率匹配程度,将循环性能提升到10000次以上并且衰减<5.3%。基于此,通过制备PEDOT:PSS可丝网印刷墨水,组装三层结构的导电聚合物水凝胶柔性图案化电致变色器件,展示了优异的机械稳定性(在7 mm曲率半径下10000次弯曲循环后对比度保持90.3%)。并探索导电聚合物水凝胶电致变色器件在柔性阵列显示、数字显示、可穿戴电子设备和智能窗户等方面的应用前景。2、建立了PEDOT:PSS类水凝胶晶相网络结构优化设计方法,构筑了优异电致变色性能和力学性能的PEDOT:PSS-PVA双网络水凝胶;继而开发了其3D打印技术,实现了高性能柔性图案化电致变色器件的快速加工制造。力学网络PVA引入PEDOT:PSS网络中形成第二力学网络构建了具有双网络结构的PEDOT:PSS-PVA水凝胶;氯化铁(Fe Cl3)后处理,络合PSS实现超分子自组装,得到高离子传输和高电子传导的PEDOT:PSS-PVA水凝胶电致变色新型材料,实现了高光学对比度(54.1%)、快速响应(着色时间:0.74 s;褪色时间:0.37 s),高着色效率(213.5 cm2/C)。同时相结构调控以及大孔结构的存在提高了离子扩散效率,将循环性能提升到20000次以上并且衰减<2.2%。首次制备可3D打印电致变色墨水,组装三层结构柔性图案化电致变色器件,展示了优异的动力学稳定性(经电化学循环15000圈后光学对比度下降了6.7%)和机械稳定性(在1.2cm的曲率半径下10000次弯曲循环后对比度下降了13.9%)。进一步演示了基于PEDOT:PSS-PVA水凝胶电致变色二维码显示应用,展示其在数字加密/解密、物联网等领域有着巨大的应用潜力。3、首次开发出本征可拉伸PEDOT:PSS-PU水凝胶电致变色材料,实现了材料力学性能和电致变色性能的同步提高,进一步组装了全水凝胶式本征可拉伸电致变色器件。溶剂效应在PEDOT:PSS与PU两个连续相间产生纳米尺度的微相分离,电致变色网络与力学拉伸网络能独立发挥其最大优势而互不影响,首次制备出本征可拉伸PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶电致变色新材料,同时实现了电致变色和力学性能的同时提升。PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶电致变色材料实现了高光学对比度(68.1%)、快速响应(着色时间:0.51 s;褪色时间:0.39 s),高着色效率(341.3 cm2/C)和高拉伸(350%)。同时相结构调控提高了电导率(14.34 S/cm),将循环性能提升到30000次以上并且衰减<7.7%。)基于双连续PEDOT:PSS-PU导电聚合物水凝胶和3D打印技术,进一步组装了全水凝胶式可拉伸电致变色器件,用于人体可穿戴电子设备。这项研究为可穿戴电致变色器件和本征可拉伸电致变色器件的设计提供了一个全新的设计思路。坚信PEDOT:PSS导电聚合物水凝胶在柔性可拉伸电致变色领域有着巨大的应用前景。同时3D打印技术的引入为可拉伸电致变色在图案化可穿戴显示应用推广提供了加工技术支撑。本文围绕高性能柔性电致变色材料的开发、先进加工集成的技术缺乏和多功能器件的构筑等关键科学问题,在高性能导电聚合物水凝胶设计与加工、多功能器件制造、柔性电子显示应用等方面展开了系统深入的研究,取得了系统的理论和技术成果。以PEDOT:PSS水凝胶为核心材料,通过晶相工程调控构建了电致变色-电学-力学相网络结构的多尺度优化设计方法,设计研发了三种高性能PEDOT:PSS类水凝胶电致变色新材料,所研发水凝胶兼具优异的电致变色、电化学、电学、力学性能,开拓了导电聚合物水凝胶电致变色领域,并开发出高性能本征可拉伸电致变色材料;建立了丝网印刷和3D打印等先进加工技术,实现了柔性电致变色器件和本征可拉伸电致变色器件的低成本、大规模加工制造;进一步探究了在数字显示、可穿戴电子、智能窗户、信息加密等柔性光电显示应用潜力。本研究不仅拓宽了电致变色材料的研究范围,还交叉集成了多个领域的研究,而这为发展电致变色领域奠定了坚实的基础。

人造肥肉组织固化成型系统设计及工艺研究

这是一篇关于人造肥肉,高度拟真,三层结构,3D打印,成型系统的论文, 主要内容为为应对大众对肉制品需求日益改变的现状,人造肉3D打印技术被广泛研究,但目前大多3D打印人造肉均为模仿动物瘦肉部分,对于肥肉部分的相关技术研究较少,大部分机构直接采用胶体或动植物油作为肥肉脂肪模拟物,成型后的肉质无真实动物肥肉质感,甚至加热后肥肉部分会直接融化,难以满足正常食用要求。在充分学习国内外相关内容后,研究植物基人造肥肉成型机理,开发人造肥肉3D打印固化成型系统,实现人造肥肉对比真实动物肥肉的高度拟真,使得本课题所研究的人造肥肉及其固化成型系统具有相应的研究意义与应用价值。课题将围绕以下工作进行开展。首先,从对真实动物肥肉组织微观结构及质构特性的分析出发,得到可在结构与质构上高度拟真动物肥肉的植物基人造肥肉三层包裹式形态结构原理及其成型机理;接着,从人造肥肉成型机理出发,研究并设计人造肥肉三层结构的成型方法以及所需三种原料的制备工艺;进一步对人造肥肉成型所需三种原料的制备工艺分别采用单因素实验与响应面实验进行改进优化,得到最终所需原料的最优制备工艺方法。其次,基于所研究人造肥肉成型机理以及三种原料制备工艺,得到人造肥肉3D打印成型方法;以该方法为基础设计相应人造肥肉3D打印成型喷头模组;接着对喷头内部流道与加热系统进行流场和温度场仿真,验证所设计结构的合理性;进一步,以常用3D打印Core XY结构为基础,结合所设计喷头,设计并搭建人造肥肉3D打印系统设备,包括铝型材框架、XYZ三轴运动机构以及平台,并对各运动机构分别进行强度校核以验证平台结构的合理性。然后,开发人造肥肉3D打印成型设备的软硬件控制系统;设计系统上位机与下位机主控,并对如电机驱动芯片、屏幕、传感器等其他各类硬件模块进行适配性选型;接着,基于所设计控制系统硬件部分对软件驱动进行开发,并设计带有远程控制功能的终端人机交互界面;进一步,研究温度控制算法、电机控制算法以及喷头运动轨迹优化算法,对控制系统以及设备进行优化,达到对人造肥肉3D打印成型质量的准确把握。最后,搭建人造肥肉3D打印固化成型系统实验样机,对样机进行功能测试与优化改进;采用所制备三相原料进行人造肥肉3D打印成型测试,观察其成型效果;进一步,对所打印的人造肥肉进行实验测试,分别对人造肥肉和真实肥肉进行外观与内部状态观测、力学质构检测以及煎煮损失等实验,将两者实验结果进行比较分析,以验证通过本课题设计的人造肥肉3D打印固化成型系统并使用所研究原料打印出的人造肥肉对比真实动物肥肉制品的拟真程度。