金属激光选区熔化设备成型系统研究

发布时间：2017-10-11 10:09

  本文关键词：金属激光选区熔化设备成型系统研究

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【摘要】：金属激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)快速成型技术是近年来出现的一种直接制造金属零件的增材制造技术,具有成型工艺简单、制件精度高、力学性能良好等优点,受到了国内外学者的广泛关注。但是,由于SLM技术被国外所垄断,加之其设备价格昂贵,很大程度上限制了SLM技术在国内的发展与应用。针对这一问题,本课题对SLM技术进行了研究,旨在设计一套具有自主知识产权、成型精度高、价格低廉的SLM成型设备。首先,根据SLM技术的工艺要求,对SLM设备的能量源、光路扫描系统、铺送粉方式、成型仓保护进行了研究,提出了SLM设备的总体设计方案。其次,在分析设备各功能部件工作原理的基础上,对其主要机械结构进行了详细设计,包括仓体及底座、平台升降机构、成型缸、刮平装置、刮板自动升降机构、送粉装置、上料仓。再次,采用AMCP(Additive Manufacturing Control Platform)作为核心,构建了SLM设备的控制系统,实现软硬件一体化,增强了系统的兼容性和稳定性。最后,利用ANSYS Workbench软件对SLM设备的底座和仓体进行有限元分析,并在此基础上对仓体的结构进行了优化设计,在满足使用要求的前提下,大大减轻了设备的总体重量。通过对SLM设备的结构建模,验证了结构实现的可行性。该设备具有结构简单紧凑、安装方便、操作性强等优点,以AMCP为核心构建控制系统,降低了编程难度,提高了数据传输的安全性,增强了系统的稳定性。通过对SLM技术的研究,缩短了SLM设备的研发周期,为后期设备的研制工作奠定了坚实的基础。
【关键词】：快速成型 激光选区熔化 铺送粉装置 控制系统 有限元分析
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 引言8
• 1.2 金属直接快速成型技术8-10
• 1.3 SLM技术的发展现状10-13
• 1.3.1 国外SLM技术的发展现状10-12
• 1.3.2 国内SLM技术的发展现状12-13
• 1.4 SLM技术的研究意义13-14
• 1.5 课题主要研究的内容14-16
• 第2章 金属激光选区熔化设备总体方案设计16-24
• 2.1 激光器的选择17
• 2.2 扫描光路系统选择17-18
• 2.3 铺粉方式分析18-20
• 2.4 送粉方式分析20-21
• 2.5 丝杠与伺服电机的选型21-23
• 2.5.1 丝杠计算与选型21-22
• 2.5.2 伺服电机的计算与选型22-23
• 2.6 成型仓保护23
• 2.7 本章小结23-24
• 第3章 金属激光选区熔化设备机械结构设计24-36
• 3.1 仓体和底座设计25-26
• 3.2 铺送粉装置组成及铺粉原理26-27
• 3.3 铺粉装置中关键结构设计27-32
• 3.3.1 平台升降结构设计27-28
• 3.3.2 成型缸设计28-29
• 3.3.3 刮平结构设计29-30
• 3.3.4 刮板自动升降结构设计30-32
• 3.4 送粉结构设计32-34
• 3.4.1 送粉器结构设计32-33
• 3.4.2 上料仓设计33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 金属激光选区熔化设备控制系统设计36-46
• 4.1 传统的控制方案36-38
• 4.1.1 集中式控制36-37
• 4.1.2 分布式控制37
• 4.1.3 传统控制方案优缺点分析37-38
• 4.2 控制系统设计38-44
• 4.2.1 控制系统主要组成38-39
• 4.2.2 控制系统的构建39-42
• 4.2.3 光路系统控制42
• 4.2.4 铺、送粉系统控制42-43
• 4.2.5 气体保护系统控制43-44
• 4.3 本章小结44-46
• 第5章 金属激光选区熔化设备结构的有限元分析46-60
• 5.1 有限元法基本思想46
• 5.2 ANSYS Workbench介绍46-47
• 5.3 力学性能分析47-49
• 5.3.1 线性静力分析基础47-48
• 5.3.2 静力学分析流程48-49
• 5.4 零件结构的静力学分析49-57
• 5.4.1 底座的受力分析49-52
• 5.4.2 仓体的受力分析及优化52-57
• 5.5 本章小结57-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间所发表的论文66-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：1011914