选择性激光熔化成形系统误差分析与校正研究

发布时间：2020-07-20 15:22

【摘要】：选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是增材制造领域最具发展潜力的技术之一,该技术利用金属粉末的逐层叠加原理实现零件的制造,具有广泛的材料和设计适应性,在高精度、高致密度、高机械性能的金属复杂薄壁结构件的制造领域中有广泛的应用前景。选择性激光熔化成形设备作为SLM技术的基础和载体,对SLM的成形工艺和成形件的性能都有大的影响。现有SLM成形设备由于受成形尺寸、加工效率,成形精度等因素限制,不能满足航空航天、生物医疗、汽车、模具等领域对大尺寸、高效率、高精度成形设备的需求。本文旨在开发一台大尺寸选择性激光熔化成形设备,并分析SLM成形设备误差及校正方法。研究内容主要包括多光束可移动式振镜平台的光学系统方案设计、振镜扫描的光学畸变和形成设备的几何误差分析、综合误差的校正。主要研究内容和结论如下:(1)根据SLM成形设备的加工尺寸、成形精度和加工效率等性能参数,进行多光束振镜扫描光学系统的总体方案设计,并根据总体设计方案,完成主要光学元器件的选型、组装和调试工作。(2)研究振镜扫描系统中的光学畸变误差,对物镜前扫描系统和物镜后扫描系统两种不同的扫描形式分别建立数学模型,结合Matlab模拟仿真分析了枕形畸变、聚焦误差和复合畸变的误差量与光学系统的特征参数之间的关系。其中对于复合畸变,研究发现,畸变量随振镜偏转角度增加而逐渐增大,当振镜偏转角度?_x(28)?_y(28)10~?时,x方向的失真度η_x(28)1.65%,y方向失真度η_y(28)1.86%;当?_x(28)?_y(28)20~?时,η_x(28)1.862%,η_y(28)7.98%。(3)针对SLM成形设备的几何误差,建立基于多体系统的几何误差模型,结合扫描振镜的投影模型,得到综合误差模型。研究发现,振镜平台和升降平台的线性位移误差中指定轴的定位误差仅对综合误差在该轴向分量误差有关,且定位误差大小对综合误差的轴向分量误差影响是线性累加的效果;有关角度误差对综合误差的影响研究发现,振镜平台的角度误差对综合误差的影响远超升降平台,且振镜平台角度误差中的(35)?(y)-(35)?(y)对综合误差的y方向误差起决定作用,(35)?(y)-(35)?(y)对x方向的误差起决定性作用。(4)针对SLM成形设备的综合误差,建立基于实际坐标点和振镜偏转角精确映射的误差补偿曲面和网格查表校正的综合校正模型,对比校正前后的误差值发现,校正后整个区域内的误差值大幅度减小,且在整个扫描区域内x方向的最大误差由校正前的-1.6829mm减小到-0.1163mm,y方向的最大误差由校正前的-1.9253mm减小校正后的0.0973mm。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665
【图文】：

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