GMA增材制造多层多道熔敷成形特性及尺寸控制
发布时间：2021-06-11 18:17
GMA增材制造技术是一种以电弧作为热源将金属丝材熔化的增材制造方法。GMA增材制造成本低,对现场装配要求简单,可用于成形复杂程度中等、尺寸较大的金属零件。采用GMA增材制造方式加工的零件可分为多层单道（单墙壁）零件和多层多道零件两种。近些年,针对单墙壁零件的相关技术已经处于成熟阶段。本文以多层多道熔敷为研究对象,以提高成形精度为目标,深入研究了具有不同结构的堆敷路径排布准则,并在此基础上开展了多层多道熔敷成形特性和尺寸控制的研究。首先,建立了机器人GMA增材制造加工软硬件系统平台,实现了待加工零件的模型建立、分层切片、路径规划、参数规划和实际堆积成形等功能。开展了不同参数条件下单熔敷道成形实验,并开发了熔敷道成形尺寸和加工参数的正反向预测算法。为消除起弧、弧端成形不良的现象,采用混合路径成形闭合熔敷层,建立了熔敷道平行搭接模型和T字搭接模型。发现了熔敷道平行搭接过程中出现的道中心偏移现象。获取了不同加工参数条件下熔敷道的偏移距离,建立模型对偏移距离进行预测。验证实验结果表明,所建立的熔敷道平行、T字搭接模型可成形搭接良好、表面平整的闭合熔敷层。研究了多熔敷层叠加成形不同块状结构的过程模...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
使用计算机轴向光刻技术实现3D物件全方位一次成形[47]
第1章绪论-5-增材制造方法[60]。为将金属材料熔化，通常需要高能量密度热源对进给原材料进行熔敷来实现。常见的热源包括激光、电子束、电弧等。常见的进给原材料状态包括丝材和粉材等。不同的热源配合不同的原材料状态演变成了不同的金属增材制造方法，如图1-3所示。下面对不同技术的研究现状分别进行讨论。图1-3常见金属增材制造方法[61]Fig.1-3Thecommonlyusedadditivemanufacturingtechnologiesformetalparts[61]1.3.1激光和电子束增材制造采用激光和电子束作为热源的增材制造具有能量密度高、成形件变形孝加工精度高、可用于熔敷难熔及异种金属等优点。近二十年，激光和电子束增材制造技术发展迅速，实现了具有大尺寸、复杂结构、高精度及多种材料的零件加工。成形零件已广泛应用于航空、航天、能源等关键领域。加拿大复合加工技术研究中心2006年就已经成功采用激光送粉增材制造技术实现了复杂零件的加工成形，并针对镍基合金、不锈钢、钛合金等金属零件的组织和性能展开深入研究。图1-4为该研究机构加工的镍基合金壳体[62]。西北工业大学黄卫东教授采用激光熔敷方式成形C919钛合金机翼中央翼缘条，长度5米，如图1-5所示[63]。测试表明，该零件性能优于锻造件。2018年，美国南卫理公会大学的Ding等人开发了基于机器人的激光送粉增材制造系统[64]，其基本原理如图1-6a)所示。提出了堆积不同材料的策略以及加工过程检测与控制的方法。成功制造了具有不同复杂形状特性的金属零件，如图1-6b)所示。激光送丝增材制造使用激光在零件表面加热形成稳定熔池，丝材以一定的角度送入熔池中实现丝材的熔化和原材料的熔敷[65]。加工过程中，丝材以不同角度、不同方位伸入熔池对零件成形均有一定程度影响，工艺优化策略及相关
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-研究工作在文献[66-68]中已经进行了充分讨论。基于该项技术，意大利米兰理工大学AliGkhanDemir采用微束激光和细丝相结合的方法，实现了厚度为700~800μm的薄壁零件成形工艺，材料利用率约为100%[69]。加工的典型零件如图1-7所示。Ding等人根据激光丝材金属增材制造加工过程特点，开发了成形过程规划软件，实现了对复杂零件分层切片，路径规划，熔敷道成形改进、修复台阶效应及后处理等方面功能的自动计算[70]，成形零件如图1-8所示。图1-4激光熔敷NI-625壳体[62]Fig.1-4NI-625turboblade[62]图1-5激光熔敷C919机翼关键零件[63]Fig.1-5ThefabricatedC919keypart[63]a)系统基本原理a)Schematicdiagramb)加工的典型零件b)Thefabricatedparts图1-6激光送粉金属增材制造系统[64]Fig.1-6Aschematicdiagramoflaserpowder-feedmetaladditivemanufacturingsystem[64]电子束增材制造过程中进给材料受电子束的加热后熔化，形成稳定熔池沉积在基板上[71]。该项技术和激光增材相似，主要区别在于电子束增材需在真空炉中进行，因此加工零件的尺寸受真空炉大小的制约。电子束增材制造技术理论上可以沉积所有导电材料，尤其适用于铝、铜零件的加工。由于电子束能量密度集中，真空环境下堆敷过程干扰较小，该方法成形精度较高，可实现具有
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性增材再制造技术[J]. 朱胜. 机械工程学报. 2013(23)
[2]快速成型技术综述[J]. 蒋伟辅. 机械工程与自动化. 2011(06)
[3]快速模具制造技术分析与发展趋势[J]. 刘洪军,李亚敏,曹驰. 模具工业. 2010(03)
[4]基于SLA的快速精铸技术研究现状[J]. 孙忠良,洪军,卢秉恒,崔凤奎,王艳艳. 铸造技术. 2008(06)
博士论文
[1]基于TIG堆焊技术的熔焊成型轨迹规划研究[D]. 胡瑢华.南昌大学 2007
本文编号：3225042
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
使用计算机轴向光刻技术实现3D物件全方位一次成形[47]
第1章绪论-5-增材制造方法[60]。为将金属材料熔化，通常需要高能量密度热源对进给原材料进行熔敷来实现。常见的热源包括激光、电子束、电弧等。常见的进给原材料状态包括丝材和粉材等。不同的热源配合不同的原材料状态演变成了不同的金属增材制造方法，如图1-3所示。下面对不同技术的研究现状分别进行讨论。图1-3常见金属增材制造方法[61]Fig.1-3Thecommonlyusedadditivemanufacturingtechnologiesformetalparts[61]1.3.1激光和电子束增材制造采用激光和电子束作为热源的增材制造具有能量密度高、成形件变形孝加工精度高、可用于熔敷难熔及异种金属等优点。近二十年，激光和电子束增材制造技术发展迅速，实现了具有大尺寸、复杂结构、高精度及多种材料的零件加工。成形零件已广泛应用于航空、航天、能源等关键领域。加拿大复合加工技术研究中心2006年就已经成功采用激光送粉增材制造技术实现了复杂零件的加工成形，并针对镍基合金、不锈钢、钛合金等金属零件的组织和性能展开深入研究。图1-4为该研究机构加工的镍基合金壳体[62]。西北工业大学黄卫东教授采用激光熔敷方式成形C919钛合金机翼中央翼缘条，长度5米，如图1-5所示[63]。测试表明，该零件性能优于锻造件。2018年，美国南卫理公会大学的Ding等人开发了基于机器人的激光送粉增材制造系统[64]，其基本原理如图1-6a)所示。提出了堆积不同材料的策略以及加工过程检测与控制的方法。成功制造了具有不同复杂形状特性的金属零件，如图1-6b)所示。激光送丝增材制造使用激光在零件表面加热形成稳定熔池，丝材以一定的角度送入熔池中实现丝材的熔化和原材料的熔敷[65]。加工过程中，丝材以不同角度、不同方位伸入熔池对零件成形均有一定程度影响，工艺优化策略及相关
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-研究工作在文献[66-68]中已经进行了充分讨论。基于该项技术，意大利米兰理工大学AliGkhanDemir采用微束激光和细丝相结合的方法，实现了厚度为700~800μm的薄壁零件成形工艺，材料利用率约为100%[69]。加工的典型零件如图1-7所示。Ding等人根据激光丝材金属增材制造加工过程特点，开发了成形过程规划软件，实现了对复杂零件分层切片，路径规划，熔敷道成形改进、修复台阶效应及后处理等方面功能的自动计算[70]，成形零件如图1-8所示。图1-4激光熔敷NI-625壳体[62]Fig.1-4NI-625turboblade[62]图1-5激光熔敷C919机翼关键零件[63]Fig.1-5ThefabricatedC919keypart[63]a)系统基本原理a)Schematicdiagramb)加工的典型零件b)Thefabricatedparts图1-6激光送粉金属增材制造系统[64]Fig.1-6Aschematicdiagramoflaserpowder-feedmetaladditivemanufacturingsystem[64]电子束增材制造过程中进给材料受电子束的加热后熔化，形成稳定熔池沉积在基板上[71]。该项技术和激光增材相似，主要区别在于电子束增材需在真空炉中进行，因此加工零件的尺寸受真空炉大小的制约。电子束增材制造技术理论上可以沉积所有导电材料，尤其适用于铝、铜零件的加工。由于电子束能量密度集中，真空环境下堆敷过程干扰较小，该方法成形精度较高，可实现具有
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性增材再制造技术[J]. 朱胜. 机械工程学报. 2013(23)
[2]快速成型技术综述[J]. 蒋伟辅. 机械工程与自动化. 2011(06)
[3]快速模具制造技术分析与发展趋势[J]. 刘洪军,李亚敏,曹驰. 模具工业. 2010(03)
[4]基于SLA的快速精铸技术研究现状[J]. 孙忠良,洪军,卢秉恒,崔凤奎,王艳艳. 铸造技术. 2008(06)
博士论文
[1]基于TIG堆焊技术的熔焊成型轨迹规划研究[D]. 胡瑢华.南昌大学 2007
本文编号：3225042
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3225042.html
