直接金属SLS快速成型机的研究及其参数化设计

发布时间：2017-05-13 03:13

  本文关键词：直接金属SLS快速成型机的研究及其参数化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：快速成型技术相对于传统的加工方法有着生产周期短、生产灵活性高、不受产品机构设计形状以及精度高等优点，而备受各制造业的青睐，是一项新型的、具有很大发展潜力的成型技术。直接金属SLS快速成型技术的工艺原理以一般的选择性快速成型技术为基础，都是一种基于离散/堆积成型原理的新型数字化成型技术，由计算机的辅助设计系统中的CAD技术模拟制件的三维模型，再由成型设备根据模型，利用切片技术进行层层烧结，最后成型制件。所以，相对于传统的车削等加工方法具有一定的先进性。国内外对这一项成型技术都做出了大量的研究，但是国内的设备主要是靠进口，且价格昂贵，国内生产的设备烧结出的制件的精度较差，性能质量不达标，且对于成型设备的相关研究还不够透彻。因此，本次课题研究的内容主要针对成型设备的相关装置进行了研究和设计。 以先辈们所作出的研究为基础，以直接金属SLS快速成型技术的工艺原理、设备结构以及相关的缺陷为理论依据，以改进成型技术、保证制件的精度与机械性能、提高生产效率为理念，展开本次课题的研究内容。首先由成型设备的整机结构以及各部分装置的功能结构入手，来研究设计相关的装置。直接金属SLS快速成型机的结构部分主要由成型缸装置部分、供粉缸装置部分、铺粉装置、预热装置、成型腔部分以及成型机机架组成，对成型机以及各部分装置的功能、结构要素以及工作原理进行研究，为后续的研究工作打下了基础。对直接影响制件精度和质量的铺粉装置部分传动机构做出了相应的设计和计算，校核传动精度，并针对烧结过程中遇到的球化飞溅现象，对铺粉装置进行了改进。热场的分布是影响制件成型精度和强度的重要影响因素，利用ANSYS有限元分析软件，对在烧结过程中单一金属（钛）的热场进行了模拟和分析，，同时分析了烧结参数对金属粉末在烧结过程中受热均匀性的影响，以便能够选择出最优化的参数组来进行烧结。参数化设计是产品设计的一个重要的发展方向，利用Pro/E系统中的Pro/Program程序功能模块，对快速成型设备进行了参数化设计，并分别对零件、各部分装置以及整机进行了参数化设计，提高了其设计的灵活性，以便后续对其设计研究。本次课题主要是围绕以上的相关内容做出了研究，对直接金属SLS快速成型设备的进一步探究发展起到了一定的作用。
【关键词】：直接金属 SLS快速成型 铺粉装置 热场 Pro/Program 参数化设计
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH166
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 直接金属 SLS 快速成型技术的概述12-13
• 1.1.1 直接金属 SLS 快速成型技术的工艺原理12-13
• 1.1.2 直接金属 SLS 快速成型技术的工艺特点13
• 1.2 直接金属 SLS 快速成型技术的应用13
• 1.3 直接金属 SLS 快速成型技术在国内外的发展现状13-15
• 1.3.1 国外的研究发展现状14-15
• 1.3.2 国内的研究发展现状15
• 1.4 直接金属 SLS 快速成型技术的发展趋势15-16
• 1.5 课题研究的内容及意义16-17
• 1.5.1 课题研究的内容16
• 1.5.2 课题研究的来源及意义16-17
• 1.6 小结17-18
• 2 直接金属 SLS 快速成型机的功能结构设计18-23
• 2.1 直接金属 SLS 快速成型机的整体结构18-19
• 2.2 成型缸装置的功能结构19-20
• 2.3 供粉缸装置的功能结构20-21
• 2.4 铺粉装置的功能结构21-22
• 2.5 成型室的功能结构22
• 2.6 小结22-23
• 3 铺粉装置传动系统的设计及其优化设计23-41
• 3.1 铺粉装置传动系统方案的确定与设计23-24
• 3.2 铺粉装置传动系统动力参数的计算24-35
• 3.2.1 实现铺粉滚转动步进电机 1 的确定24-27
• 3.2.2 实现铺粉滚转动同步带 1 的选择27-30
• 3.2.3 实现铺粉滚直线运动步进电机 2 的选择30-34
• 3.2.4 铺粉装置平移同步带 2 的选择34-35
• 3.3 直接金属 SLS 烧结快速成型机铺粉装置的优化设计35-40
• 3.3.1 现有铺粉装置的缺陷及产生原因35-36
• 3.3.2 改进的铺粉装置36-38
• 3.3.3 改进后的铺粉装置的运动分析38-40
• 3.4 小结40-41
• 4 基于 ansys 的直接金属烧结过程中的温度场分布的有限元分析41-58
• 4.1 温度场的相关概述及研究41-42
• 4.2 数学模型42-45
• 4.2.1 假设条件42
• 4.2.2 相关公式42-43
• 4.2.3 初始边界条件43
• 4.2.4 辐射热的计算43-44
• 4.2.5 密度（ 床）的计算44
• 4.2.6 粉末层的有效热传递系数的计算44
• 4.2.7 随温度变化的材料属性44
• 4.2.8 考虑相变因素44-45
• 4.3 有限元公式45
• 4.4 结果分析45-56
• 4.4.1 对比45-50
• 4.4.2 影响粉末层金属温度场的因素50-56
• 4.5 小结56-58
• 5 直接金属 SLS 快速成型机的参数化设计58-77
• 5.1 参数化设计功能简介58-60
• 5.1.1 基于 PRO/E 的参数化设计功能58
• 5.1.2 基于 PRO/E 的参数化设计的类型58
• 5.1.3 基于 PRO/E 的参数化设计的相关概念58-59
• 5.1.4 Pro/Program 产品设计功能59-60
• 5.2 基于 Pro/E 的参数化设计方法在直接金属 SLS 快速成型机上的应用意义60
• 5.3 基于 Pro/E 的直接金属 SLS 快速成型设备的参数化设计60-67
• 5.3.1 供粉装置的主要零部件的参数化设计61-67
• 5.4 供粉缸装置组件的参数化设计67-72
• 5.4.1 供粉缸装置组件的参数化设计特点67-69
• 5.4.2 参数化设计程序内容69-72
• 5.4.3 供粉缸装置组件的参数化设计校验72
• 5.5 整机的参数化设计72-76
• 5.5.1 整机的参数化设计特点72-74
• 5.5.2 参数化设计程序内容74-76
• 5.6 总结76-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 附录：参数模型以及对应程序83-120
• 攻读学位期间发表的学术论文目录120-121

【参考文献】

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