IPMC的3D打印技术研究

发布时间：2017-09-12 20:23

  本文关键词：IPMC的3D打印技术研究

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【摘要】：IPMC(ion-exchange polymer metal composite,离子交换膜金属复合材料)的结构类似三明治,在基膜的两侧各镀上一层金属电极,当在其厚度方向上施加电压时,IPMC向阳极发生弯曲,产生驱动力。但是IPMC输出力小,这一缺点限制了它在更多领域的推广使用。Nafion膜作为IPMC材料的基膜,改善Nafion膜的性能,能够对IPMC性能改进起到很好的促进作用。本论文针对IPMC改性研究与复杂形状IPMC应用实际需求,首次提出并研究了IPMC中Nafion膜的3D打印技术方案。 首先,介绍了IPMC以及IPMC改性技术在国内外的研究现状,分析了3D打印技术打印IPMC基膜的可行性,并指出实现3D打印IPMC基膜的技术瓶颈。 其次,对Nafion溶液添加MWCNTs(多壁碳纳米管)进行改性实验,并制得MWCNTs/IPMC,通过实验验证MWCNTs改性方案的正确性。 然后,针对复杂形状IPMC的制备以及现有材料改性困难的问题,确定了3D打印的系统框图,设计了3D打印机的机械部分,并利用Adams进行了动力学分析。针对IPMC基膜3D打印的特殊性,对压电喷头进行了设计,并对设计的喷头进行了CFX仿真。 最后,对3D打印机的控制系统,选定了部分硬件电路,研究了压电喷头、步进电机的驱动系统,画出了压电喷头、步进电机的控制框图,并针对主要的元器件进行选型,设计了主要控制电路。
【关键词】：IPMC 3D打印 压电喷头 材料改性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP391.73
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 IPMC的国外研究现状10-12
• 1.2.2 IPMC的国内研究现状12-13
• 1.2.3 IPMC的国外改性研究现状13-14
• 1.2.4 IPMC国内改性研究现状14-15
• 1.3 3D打印技术15-16
• 1.4 使用3D打印技术打印Nafion膜的优势与技术瓶颈16-17
• 1.5 本文组织结构17-20
• 第2章 添加MWCNTs的IPMC的制备20-28
• 2.1 现有材料的缺点以及改性的必要性20-21
• 2.2 改性用的Nafion溶液以及MWCNTs的介绍21-23
• 2.2.1 Nafion 溶液简介21-22
• 2.2.2 碳纳米管的简介22-23
• 2.3 IPMC的改性制备23-25
• 2.3.1 实验材料的预处理23-24
• 2.3.2 MWCNTs/Nafion膜的制备24
• 2.3.3 MWCNTs/IPMC的制备24-25
• 2.4 MWCNTs/IPMC电阻及输出力的测试25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 Nafion膜的3D打印机的设计与分析28-42
• 3.1 成型方案的选择28-29
• 3.2 系统总体方案设计29-30
• 3.2.1 系统总体框架29
• 3.2.2 PC主控机中数据的处理流程29-30
• 3.3 X、Y、Z方向控制电机的选取30-37
• 3.3.1 X轴电机的选取及传动方式的确定31-32
• 3.3.2 Y轴电机的计算32-33
• 3.3.3 Z轴电机的计算33-36
• 3.3.4 步进电机的选取36-37
• 3.4 Arduino功能介绍37
• 3.5 重要零部件的动态性能分析37-41
• 3.5.1 喷头的运动学分析38-40
• 3.5.2 成形工作台的运动学分析40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 压电喷头的设计与分析42-56
• 4.1 压电喷头喷射流程42
• 4.2 喷头的设计目标42-43
• 4.3 压电喷头的结构设计43-47
• 4.3.1 压电驱动器的设计43-47
• 4.3.2 喷头腔体的设计47
• 4.4 压电喷头喷射性能的分析47-54
• 4.4.1 压电致动器的运动分析47-50
• 4.4.2 压电喷头的性能分析50-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 硬件电路设计方案56-64
• 5.1 喷头驱动电路的整体方案设计56-61
• 5.1.1 喷头驱动电路的框图56-57
• 5.1.2 喷头驱动电路各模块功能描述57-58
• 5.1.3 FPGA模块的选型58
• 5.1.4 D/A转换模块的设计58-59
• 5.1.5 功率放大电路的设计59-60
• 5.1.6 FPGA与D/A模块以及Arduino的接口60-61
• 5.2 步进电机驱动电路的设计61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 工作总结64
• 6.2 研究展望64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 作者简介74

【参考文献】

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本文编号：839339