气动膜片式金属微滴喷射成形系统及喷射成形特性研究

发布时间：2020-07-27 15:54

【摘要】：增材制造技术,又称3D打印技术,是一种以数字模型为基础,分层堆积制造出实体零部件的新兴制造技术。使用3D打印制造金属零部件和非金属零部件分类中,以直接成形金属零部件为该领域的重要研究趋势,在欧美发达国家以及我国制造业产业技术升级中占有一席重要的地位。本文在分析各种直接金属成形方法的基础上,提出了一种气动膜片式金属微滴喷射成形系统,在技术分类上类属熔滴沉积成形,其优点是低能耗、成形材料丰富以及工艺简单。在各种微滴喷射技术的权衡下,选择气动膜片式金属微滴喷射技术,其优点是低成本、结构简单、喷射稳定可控,然后在运动平台的轨迹规划下,将熔融的金属微滴精准沉积在基板上,分层堆积出金属零部件。气动膜片式金属微滴喷射成形系统,主要包括机械平台和硬件平台两部分,机械平台的核心是气动膜片式喷射装置,其他辅助部分包括工作台、运动平台、加热元件、气动部分、基板加热平台等。硬件平台部分,主要是以Arduino单片机为核心的控制平台,实现运动平台的三轴控制以及喷射控制,单片机与上位机连接提供人机操作接口。在搭建气动膜片式金属微滴喷射成形系统实验平台的基础上,以无铅焊锡料Sn99.3Cu0.7为成形材料,进行大量喷射实验,研究不同喷射参数如驱动压力,驱动压力频率,储料箱背压,工作温度等对系统的喷射特性的影响。进行大量实验优选合适的控制参数,实现喷射成形系统精准、稳定喷射。在气动膜片式金属微滴喷射成形系统精准、稳定喷射的基础上,进行成形实验,以无铅焊锡料Sn99.3Cu0.7为成形材料,研究系统的成形性能。主要包括一维线条、二维平面、三维立体试样的打印,研究喷射频率、基板温度、沉积高度等成形参数对成形性能、表面形貌、形状精度的影响。另一方面,打印出一维立柱试样、三维矩形体试验,进行拉伸测试,研究成形参数对微滴之间、层与层之间的拉伸性能的影响。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH16
【图文】：

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技术以德国夫琅和费激光技术研宄所为代表Ｍ、德国ＥＯＳ司、国内华中科技大学（如图１．３所示）等均研制了邋ＳＬ并开展了一系列实验研宄。ＳＬＭ技术的工艺特点是以单成形材料，在高功率激光的作用下，使金属粉末完全熔造出接近完全致密的金属零部件。由于制造出的金属零部织，具有良好的微观结构，故而能成形出具有优异力学性３逡逑

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因此，该工艺成形的零件尺寸严重受限，一般在１０００ｃｍ３以内，但是逡逑该技术在制造小型零件方面独具优势，如义齿、人造骨、镍钛合金结构件等［１３ｈ逡逑见图１．４所示。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦，逡逑ｍ逡逑，鲁逦ｗ逡逑图１．邋４邋（ａ）邋ＳＬＭ技术打印的义齿（ｂ）邋ＳＬＭ在航天领域的应用逡逑（２）激光近净成形（ＬＥＮＳ）是美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室与美国Ｏｐｔｏｍｅｃ公逡逑司合作开发出的金属直接成形技术。如图１．５ＬＥＮＳ工艺示意图所示，采用高能逡逑激光束在沉积区域产生熔池并高速移动，材料以粉末形式直接送入高温熔区，熔逡逑化后逐层沉积，制作出高致密金属零件。ＬＥＮＳ除了能够进行完整零件制造，其逡逑典型应用还包括修复、包覆和添加特征结构［１５１。逡逑激光器（ｊｊｊｊ）逦—反射镜逡逑ｚｍ＼邋ｒｆ＾逡逑送粉器￣￣ｉｌ邋ＩＩ１逡逑Ｉ邋基板邋丨逡逑ｃｕｅ工作台逦逡逑图１．５邋ＬＥＮＳ工艺示意图逡逑４逡逑

【参考文献】