摘要：Nanoclay-enabled self-supporting printing has been emerging as a promising filament-based extrusion fabrication approach for different biomedical and engineering applications including tissue engineering. With the addition of nanoclay powders, liquid build materials may exhibit solid-like behavior upon extrusion and can be directly printed in air into complex three-dimensional structures. The objective of this study is to investigate the effect of nanoclay on the extrudability of N-isopropylacrylamide （NIPAAm） and the effect of standoff distance on the print quality during nanoclay-enabled direct printing. It is found that the addition of nanoclay can significantly improve the NIPAAm extrudability and effectively eliminate die swelling in material extrusion. In addition, with the increase of standoff distance, deposited filaments change from over-deposited to well-defined to stretched to broken, the filament width decreases, and the print fidelity deteriorates. A mathematical model is further proposed to determine the optimal standoff distance to achieve better print fidelity during nanoclay-enabled direct printing. Based on the extrudability and standoff distance knowledge from this study, NIPAAm-Laponite nanoclay and NIPAAm-Laponite nanoclay-graphene oxide nanocomposite hydrogel precursors are successfully printed into a three-layered one-dimensional responsive pattern, demonstrating the good extrudability and print quality during nanoclay-enabled printing under optimal printing conditions.

摘要：聚合物熔体的模内流动状态与模外胀大变形直接影响微挤出制品的成型质量。文中基于Carreau模型,采用数值模拟方法,研究了聚合物三腔微管挤出过程中口模壁厚差与空心度结构特征对胀大变形行为的影响。结果表明,影响挤出胀大变形程度的关键因素是口模出口附近的轴向速度分布;内外壁厚差会导致较大壁厚位置处对应的型坯厚度增大,而较小壁厚位置处的型坯厚度减小,壁厚差变化对薄壁区域壁厚变形影响较大,达到91.4%;空心度减小能提升口模出口附近轴向速度分布均匀性,减小了70.1%的变形程度;基于胀大变形规律逆向补偿设计了口模形状与尺寸,明显改善了制品成型质量。研究结果对聚合物多腔微管的口模结构优化设计具有理论意义与工程应用价值。

摘要：聚合物共挤模具结构对制品成型质量有着重要影响,尤其是模具交汇夹角对熔体厚度及离模胀大有着明显的影响。文中采用Carreau黏度模型和Picard迭代计算方法,深入研究了外层为聚十二内酰胺(PA12)、中层为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和内层为聚丙烯(PP)的3层微管共挤过程的数值模拟。结果表明,外层熔体交汇夹角增大时,PA12厚度增加,EVA和PP厚度减小,内外径均减小,胀大率增大;中层熔体交汇夹角增大时,EVA厚度增大,PA12和PP厚度减小,内外径均减小,胀大率减小;两处熔体交汇夹角同时增大时,PA12和EVA厚度增大,PP厚度减小,内外径均减小,胀大率增大。3层共挤实验证明了模拟结果的正确性与有效性。该研究结果能够为聚合物多层共挤模具的流道结构设计提供了有价值的参考。

摘要：针对聚合物双腔微管直角挤出模具非对称流道结构,基于聚合物流动平衡原理,建立了直角挤出模具非对称流道结构参数关系。在直角挤出模具的挤出成型方向上,采用反向流道的方法计算流道长度,并对反向流道的终点进行拟合,基于拟合偏差构建了目标函数,对模具非对称流道结构进行了优化设计。根据优化结果设计制造了双腔微管直角挤出模具,并且进行了挤出成型实验。实验结果表明挤出模具非对称流道设计是合理的,证明了聚合物双腔微管直角挤出模具非对称流动平衡设计方法的正确性和有效性。

摘要：聚合物血管支架由于材料刚度较低导致其径向支撑能力相对于金属血管支架较弱,通常采用增大支架筋宽和厚度的方式来提高其径向支撑能力,但这不仅会降低支架的柔顺性能,减小血管管腔获得面积,还会增大表面覆盖率,从而增大支架内再狭窄的风险.为了设计出具有较小筋宽和厚度的聚合物血管支架,提高其径向支撑能力,本文采用一种将Kriging代理模型和有限元方法相结合的优化方法来优化支架的结构.采用Kriging代理模型建立设计目标和设计变量之间近似的函数关系,采用优化拉丁超立方抽样方法选取初始样本点,采用EI函数平衡局部和全局搜索,以便获得全局最优解.选取ART18Z聚合物支架作为算例,首先将支架的筋宽和厚度各减小0.02 mm,然后采用优化方法优化ART18Z支架的几何结构参数.数值结果表明,优化后ART18Z支架的综合服役性能得到改善,文中提出的优化方法能有效地应用于聚合物血管支架的优化设计.

摘要：在研究血管支架支撑单元夹角与其径向支撑强度关系的基础上,提出采用不等高支撑环以利于增大扩张后支撑单元夹角进而提高支架径向支撑强度的设计方法,根据该方法设计了三种可降解聚合物血管支架结构。采用有限元方法对比分析了该三种支架和雅培生物可降解支架(BVS)的径向支撑强度、径向回缩率、轴向短缩率与弯曲刚度,研究了支架结构对这些性能的影响规律。所设计的J型支架(JS)、开放式C型支架(OCS)和密闭式C型支架(CCS)的径向支撑强度相对BVS的径向支撑强度分别提高了14%、34%和42%,同时设计的三种支架的径向回缩率相对BVS的径向回缩率减小了约21%,且均未发生轴向短缩;采用开放式连接形式的JS、OCS的弯曲刚度与BVS的弯曲刚度相当,相比密闭式CCS减小了约73%。影响径向支撑强度和径向回缩率的主要因素是支撑环的结构形式,采用不等高支撑环可有效改善径向支撑强度和径向回缩率;影响轴向短缩率的主要因素是桥筋的结构形式和桥筋的连接位置,采用具有弯曲结构的桥筋且桥筋连接位置位于支撑单元直线段的中间处可避免支架发生轴向短缩;影响弯曲刚度的主要因素是桥筋与支撑环的连接形式,采用开放式连接的支架弯曲刚度更小。

摘要：针对尺寸小、壁厚不均匀、截面形状复杂的多腔微管挤出成型难度大的问题,以双腔异形微管为研究对象,在挤出过程中引入微量注气系统,采用非对称流动平衡设计方法和微细电火花成型加工技术,设计制造双腔异形微管直角挤出模具。以聚丙烯为试验材料,以双腔微管制品截面的轮廓椭圆度和壁厚均匀度为评价指标,研究微管挤出成型中主要工艺参数对制品形状精度的影响规律。试验结果表明,型腔注气量、螺杆转速、模具温度、水箱真空度和牵引速度对制品椭圆度的影响依次减弱;制品壁厚均匀度主要取决于挤出模具,基本不受工艺参数变化的影响。通过对试验规律的分析,揭示不同工艺参数对双腔微管制品截面变形的作用机理,并得出较优的工艺参数组合,获得满足设计要求的双腔微管制品。

摘要：设计制造了一可成形薄壁塑件的模具,利用正交试验方法(田口方法)进行充模试验,研究各工艺参数(注射速度、注射压力、熔体温度、注射量和模具温度等)对薄壁塑件注塑成形充模过程的影响。研究结果表明:模具温度对薄壁塑件的填充起决定性作用,注射压力和注射量是影响薄壁塑件成形的重要工艺参数,注射速度与熔体温度之间的交互作用对薄壁塑件成形的影响显著。

摘要：导视系统作为寻路的重要工具,在公共场所中具有引导访客与用户的重要作用。医院的导视设计对患者的就医体验具有重要的影响,优秀导视设计不仅能够体现医院的科学规划与良好的服务,也能够提升医院在公众心中的形象。医院的人群构成比较复杂,不同人群的生理特征、心理特征与需求都有着较大的差异。文章从不同患者群体的需求出发,分析医院导视设计中可改进之处。

摘要：根据毛细管流变仪测量原理,提出关于微尺度效应对聚合物熔体粘度变化的作用机理。基于Kelvin-Voigt本构方程,建立微尺度粘度模型。研制直径分别为1000μm,500μm,355μm毛细管口模,用PP,PS,HDPE材料进行不同剪切速率下的粘度试验研究。结果表明,同一剪切速率下,熔体粘度随口模直径的减小而降低;随着剪切速率的增加,粘度减小趋势在缩小。将试验相关数据代入微尺度粘度模型进行理论计算,结果表明理论曲线与试验曲线相符合,最大误差小于8%,验证数学模型的合理性,这对微注塑成型和微挤出成型,精确模拟充模流动和指导微模具设计有重要理论参考价值。