On the role of magnesium and nitrogen in the infiltration of aluminium by aluminium for rapid prototyping applications

Selective laser sintering has been used to fabricate an aluminium alloy powder preform which is subsequently debound and infiltrated with a second aluminium alloy. This represents a new rapid manufacturing system for aluminium that can be used to fabricate large, intricate parts. The base powder is an alloy such as AA6061. The infiltrant is a binary or higher-order eutectic based on either Al-Cu or At-Si. To ensure that infiltration occurs without loss of dimensional precision, it is important that a rigid skeleton forms prior to infiltration. This can be achieved by the partial transformation of the aluminium to aluminium nitride. In order for this to occur throughout the component, magnesium powder must be added to the alumina support powder which surrounds the part in the furnace. The magnesium scavenges the oxygen and thereby creates a microclimate in which aluminium nitride can form. The replacement of the ionocovalent Al2O3 with the covalent AlN on the surface of the aluminium powders also facilitates wetting and thus spontaneous and complete infiltration. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

On the role of tin in the infiltration of aluminium by aluminium for rapid prototyping applications

The use of tin as an alloying element in the production of freeformed infiltrated aluminium components is explored. Tin slows the growth of the aluminium nitride skeleton which provides dimensional stability, as well as increasing the rate of infiltration of the aluminium liquid into the aluminium nitride skeleton. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Rapid prototyping applied to a new development in moulds for rotational moulding

Rotational moulding is a unique manufacturing technique for the production of hollow plastic parts manufacturing. Moulds for rotational moulding are generally not standardized, such as for injection moulding, so each new mould must be completely manufactured except for a few ancillary parts like screws or clamps. The aim of this work has been to adapt and apply the advantages of rapid prototyping and electroforming technologies to try to achieve an innovative mould design for rotational moulding. The new innovative design integrates an electroformed shell, manufactured starting from a rapid prototyping mandrel, with different designed standard aluminium tools. The shell holder enables mould assembly with high precision a shell in a few minutes with the advantage of changing different geometries of the electroformed shells in the same tool. The overall mould cost is significantly decreased because it is only necessary to manufacture one or two shells each time, however the rest of the elements of the mould are standard and usable for an infinite number of shells, depending on size. The rapid prototyping of the mandrel enables a significant decrease the global cost of mould manufacturing as well. © 2008 Taylor & Francis Group.

Direct writing of chitosan scaffolds using a robotic system

Purpose – This paper aims to present a novel rapid prototyping (RP) fabrication methods and preliminary characterization for chitosan scaffolds. Design – A desktop rapid prototyping robot dispensing (RPBOD) system has been developed to fabricate scaffolds for tissue engineering (TE) applications. The system is a computer-controlled four-axis machine with a multiple-dispenser head. Neutralization of the acetic acid by the sodium hydroxide results in a precipitate to form a gel-like chitosan strand. The scaffold properties were characterized by scanning electron microscopy, porosity calculation and compression test. An example of fabrication of a freeform hydrogel scaffold is demonstrated. The required geometric data for the freeform scaffold were obtained from CT-scan images and the dispensing path control data were converted form its volume model. The applications of the scaffolds are discussed based on its potential for TE. Findings – It is shown that the RPBOD system can be interfaced with imaging techniques and computational modeling to produce scaffolds which can be customized in overall size and shape allowing tissue-engineered grafts to be tailored to specific applications or even for individual patients. Research limitations/implications – Important challenges for further research are the incorporation of growth factors, as well as cell seeding into the 3D dispensing plotting materials. Improvements regarding the mechanical properties of the scaffolds are also necessary. Originality/value – One of the important aspects of TE is the design scaffolds. For customized TE, it is essential to be able to fabricate 3D scaffolds of various geometric shapes, in order to repair tissue defects. RP or solid free-form fabrication techniques hold great promise for designing 3D customized scaffolds; yet traditional cell-seeding techniques may not provide enough cell mass for larger constructs. This paper presents a novel attempt to fabricate 3D scaffolds, using hydrogels which in the future can be combined with cells.

Scaffold development using 3D printing with a starch-based polymer

Rapid prototyping (RP) techniques have been utilised by tissue engineers to produce three-dimensional (3D) porous scaffolds. RP technologies allow the design and fabrication of complex scaffold geometries with a fully interconnected pore network. Three-dimensional printing (3DP) technique was used to fabricate scaffolds with a novel micro- and macro-architecture. In this study, a unique blend of starch-based polymer powders (cornstarch, dextran and gelatin) was developed for the 3DP process. Cylindrical scaffolds of five different designs were fabricated and post-processed to enhance the mechanical and chemical properties. The scaffold properties were characterised by scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), porosity analysis and compression tests

金属粉末激光成形过程中的检测与闭环控制研究

金属粉末激光成形技术是基于快速原型(Rapid Prototyping，RP)技术基础上发展起来的一项新型金属零件加工技术。该技术利用高能量激光束直接作用在金属粉末上，可以直接成形高熔点、形状复杂或异质材料功能梯度零件，其成形过程是按照零件几何形状，利用金属粉末逐层逐道累积成形零件的。其独特的金属零件加工特点使其得到了迅速发展，在航空、军事、医学和汽车等众多领域得到了成功应用，并发挥了重要作用。作为一项新兴技术，金属粉末激光成形技术不可避免的存在一些问题，由于激光成形过程是一个多参数影响的过程，成形过程中各参数存在较强的耦合作用，参数的不稳定往往导致成形效果难以保证，例如成形零件外形尺寸精度低、内部组织性能不佳等。这一问题，引起了国内外许多学者的关注，对加工过程中的一些重要参数与成形效果之间的关系展开研究，通过对成形过程中的一些中间过程输出参数进行实时检测，并实现闭环反馈控制，从而达到改善成形产品质量的目的。本文正是在这种背景下进行研究的，本文对熔池场几何尺寸、熔池温度场、熔覆高度与熔覆宽度实时检测进行了深入研究并实现了切实可行的检测方法，在实践中取得了较好的效果，并进行了熔覆成形过程动态辨识，研究了成形过程控制方法，提出了具有较强自适应能力的模糊PID控制方法，取得了较好的仿真效果。本课题主要研究工作有以下几个方面。 1. 激光成形过程中的熔池场包含大量的过程信息，对熔池进行实时检测，并提取熔池特征信息，为熔池场的闭环控制提供依据。为此建立了熔池场实时检测视觉传感系统，实现了图像采集、图像处理和信息提取等功能，课题成功的进行了硬件系统构建和软件系统开发。 2. 实现了红外图像比色测温法在金属粉末激光成形过程中熔池温度场检测中的应用。研究了测温原理，完成了硬件双波长图像采集系统的构建，对滤光片波长进行了选择并对选择结果进行了仿真。阐述了软件测温实现过程。 3. 激光加工过程中，对熔覆高度进行实时检测，从而实现熔覆高度闭环控制是成形高质量零件的保证。加工过程是一个多参数耦合的非线性过程，在分析激光参数对熔覆高度影响的基础上，建立利用激光工艺参数预测熔覆高度的BP神经网络模型，为实现激光加工过程熔覆高度实时预测与闭环控制打下了基础。 4. 熔覆宽度是激光成形过程中与成形效果密切相关的中间过程输出参数，该参数的实时检测为调整扫描间距，确定合理搭接率，提高熔覆表面平整度具有重要作用。提出了一种基于卡尔曼滤波技术的激光熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像，经过图像处理求熔池宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程，应用卡尔曼滤波原理对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计，得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值，从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差，实现加工过程熔覆宽度的精确检测。 5. 成形过程动态辨识，利用阶跃响应法进行了激光参数与熔覆高度、熔覆宽度的辨识实验，建立了激光功率、扫描速度、送粉速率与熔覆高度、熔覆宽度之间的数学模型，对成形过程有了基本了解，为控制器设计与动态过程调节规范确立打下良好基础。 6. 设计了PID熔覆高度控制系统，并利用遗传算法进行了PID参数寻优，寻优获得的参数可以实现较好的控制效果，但不适于实时控制过程。为此设计了模糊PID控制系统，利用模糊逻辑算法对PID参数实现在线自动调整，控制系统具有较强的适应能力和实时处理能力，对于金属粉末激光成形过程具有较好的控制效果。

Präzisionsguss auf Basis von RP-Matritzen

Einige mit geringen Schichtstärken arbeitende Concept Modellierer und Rapid Prototyping Anlagen können Modelle für das Feingießverfahren mit verlorenem Modell erzeugen. Verkörpern die verlorenen Modelle die Geometrie von Formeinsätzen für Spritzgießwerkzeuge, können über den Feinguss Formeinsätze aus Aluminium hergestellt werden. Untersuchungen zielten dabei auf die detailgetreue Umsetzung filigraner Teile mit Freiformgeometrien. Kleine Abmessungen im Grenzbereich zwischen klassischem Formenbau und Mikrofertigung wurden dabei realisiert. Das Fräsen dieser Formeinsätze oder Elektroden ist zum Teil nicht möglich oder führt zu erhöhtem Aufwand. Gleichzeitig konnten sehr kurze Durchlaufzeiten erreicht werden. Auf demselben Weg konnten auch Senkerodierelektroden gegossen werden, die beim Aufbau von Werkzeugen höherer Lebensdauer genutzt wurden. Werden unterschiedliche Varianten oder mehrere identische Einsätze oder Elektroden zum Beispiel für Mehrfachwerkzeuge benötigt, werden die Zeitvorteile noch deutlicher. Die Funktion beider dargestellter Wege konnte durch den Spritzguss von Versuchsserien erfolgreich demonstriert werden.

Vorbereitung von CAD-Konstruktionsdaten für den RP-Einsatz – eine Schnittstellenproblematik

Während zunehmend Verfahrensverbesserungen der RP-Technologie Gegenstand aktueller Entwicklungen sind, ist die datentechnische Integration des RP-Prozesses in die CAx-Landschaft nach wie vor nicht ganz problemlos. Seit fast 20 Jahren stellt das STL-Format eine de facto Standardschnittstelle zu RP-Anwendungen dar.

Anwendung der neusten RP&M Technologien im Hause Materialise

Seit der Gründung im Jahr 1990 hat sich Materialise zum weltweiten Marktführer für Rapid Prototyping-Software sowie zum einem der führenden Hersteller von RP Dienstleistungen entwickelt.

Ermittlung optimaler Bauteilorientierung zur Verbesserung der Prozessplanung in der CAD/RP-Kette

Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Bauteilqualität und Prozessgüte bei der generativen Herstellung von Prototypen ist die Orientierung der Bauteile. So kann eine optimierte Ausrichtung den Treppenstufeneffekt (Staircasing) sowie den Curling-Effekt minimieren und somit die Oberflächenqualität bzw. die Bauteilgenauigkeit erhöhen oder die Berücksichtigung von Formtoleranzen (z.B. Rundheit) ermöglichen. Des Weiteren können verschiedene Bauteilausrichtungen unterschiedliche Ausführungen von Stützkonstruktionen bewirken und die Bauteilstabilität beeinflussen. Diese und ähnliche Wechselwirkungen gilt es bei der Auswahl einer geeigneten Bauteilorientierung für RP-Anwendungen zu berücksichtigen. Dieser Vortrag stellt ein generisches System vor, welches unter Berücksichtigung der genannten Einflussfaktoren sowie weiterer Effekte eine rechnergestützte Optimierung der Bauteilorientierung durchführt. Neben der weiterhin notwendigen Erfahrung der Anwender zur endgültigen Festlegung der fallabhängigen Bauteilausrichtung liefert das System Vorschläge auf Basis einer intensiven Geometrieanalyse, die eine entsprechende Datenaufbereitung im Rahmen der Prozessplanung unterstützen.

Optimization in multi-implant placement for immediate loading in edentulous arches using a modified surgical template and prototyping: A case report

Immediate loading of dental implants shortens the treatment time and makes it possible to give the patient an esthetic appearance throughout the treatment period. Placement of dental implants requires precise planning that accounts for anatomic limitations and restorative goals. Diagnosis can be made with the assistance of computerized tomographic scanning, but transfer of planning to the surgical field is limited. Recently, novel CAD/CAM techniques such as stereolithographic rapid prototyping have been developed to build surgical guides in an attempt to improve precision of implant placement. The aim of this case report was to show a modified surgical template used throughout implant placement as an alternative to a conventional surgical guide.