3D打印膝关节曲面磨粒流抛光数值模拟及实验研究

作     者：王坤 吕伊凡 李方祺 王伟丞 张继峰 朱伟光 WANG Kun;LYU Yifan;LI Fangqi;WANG Weicheng;ZHANG Jifeng;ZHU Weiguang

作者机构：内蒙古工业大学机械工程学院呼和浩特010010 飞而康快速制造科技有限责任公司江苏无锡214000 

基　　金：2021年内蒙古工业大学科研启动金项目(DC2200000931) 2023年内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20230003) 科技部十四五重点研发计划(2022YFB3707100) 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第22期

页      码：149-160页

摘      要：目的解决磨粒流加工3D打印制造的TC4钛合金膝关节时存在配合端面抛光效率低以及表面质量不均匀的问题。方法运用FLUENT软件并结合非牛顿流体的Carreau-Yasuda方程对有、无仿形工装的磨粒流加工3D打印膝关节进行对比分析,研究仿形工装对磨粒流加工的影响规律,并通过单因素实验确定颗粒直径倍数与流道间隙大小的关系,从而完成最佳仿形工装设计。结果仿真对比分析结果表明,仿形工装有助于减小压力损失,并且膝关节表面的切削量显著提升,最大提升了182.92%。同时,在双向磨粒流工艺下,膝关节表面切削量的不均匀程度平均降低73%,提升了表面质量的均匀性,证实了仿形工装的有效性。加工结果表明,当仿形流道间隙大小为5倍Si C颗粒直径、工作压力为2 MPa、加工时间为45 min、使用双向磨粒流工艺时,3D打印膝关节的整体表面粗糙度显著降低,平均表面粗糙度为0.67μm。主要配合曲面呈现镜面效果,表面粗糙度达0.38μm与0.46μm。结论当仿形工装的流道间隙为5倍SiC颗粒直径时,磨粒流抛光效果最优。采用双向磨粒流工艺,获得了优于单向磨粒流工艺的均匀表面压力,从而有效提升了表面质量的均匀性,为3D打印钛合金人工骨复杂曲端面的光整加工提供了理论参考和实验依据。

主 题 词：磨粒流工艺 3D打印 钛合金膝关节 仿形工装 精密加工 

学科分类：080503[080503] 08[工学] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.013

馆 藏 号：203155559...