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。

摘要：传统工艺如石膏制作的足踝矫形器存在气密性低、制作效率低、舒适度差等缺点。针对此问题,文章采用逆向工程结合3D打印技术对踝足矫形器进行定制式设计,获取足部STL数据,联合逆向建模软件Geomagic studio与Rodin 4D对矫形器关键部位修型,用Grasshopper进行轻量化设计,降低打印成本与质量,通过有限元分析验证其力学性能,使用聚乳酸通过FDM 3D打印技术打印实物,并进行穿戴测试。结果表明:重建后模型精度最大偏差为0.868 mm,标准偏差0.0471 mm,模型构造精准。镂空后的矫形器在30 N碰撞集中载荷下,2 mm厚度矫形器晶格中部峰值应力为16.32 MPa,最大变形1.49 mm,晶格右侧峰值应力为15.64 MPa,最大变形0.78 mm,峰值应力均小于PLA材料抗拉强度,最大变形均小于产品本身厚度2 mm,力学强度性能符合后续生产设计要求,实物穿戴测试表明产品舒适度较好。