基于压电效应的智能刮刀在线监测技术研究
发布时间：2021-01-02 00:05
增材制造（AM）技术以其独特的可以控制构建任意复杂的宏/微观结构的能力被广泛应用于各类工业制备领域,其又被称为3D打印技术,有着各种不同的工艺类别。其中,激光选区熔化技术（SLM技术）可以制造出高密度、高精度、性能出色和工艺稳定的工件,备受业界关注。现阶段SLM技术在实际应用中出现的粉末不均、熔点突出、加工件翘曲等问题,会严重影响到铺粉质量,进而影响到成型工件质量,为了提高激光选区熔化成形的效率和质量,本论文基于传统的压电效应完成了智能刮刀监测技术的研究。在本论文中主要完成了以下工作:（1）完成了对传统压电阻抗法检测技术理论的研究,并根据此理论做出了相关应用的技术仿真;（2）创新地完成了两套智能刮刀的设计,可以有效地提高智能刮刀监测系统的灵敏度;（3）完成了两个版本智能刮刀监测系统的研发,其中包括实验室验证系统版本和工业上线系统版本;（4）根据系统的功能测试与数据分析,对系统展开了性能优化,将实验室系统的测试灵敏度最高提升至10μm。通过本论文的工作,实现了在SLM技术中刮刀工作状态及铺粉质量的监测,并为后续增材制造智能化奠定了基础。
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLM系统结构图
电子科技大学硕士学位论文4面积小于同等体积的半圆球形与熔池表面的接触面积，液状物更倾向于以球体状态存在，此时液状物不能在粉床或半成型件表面均匀展开，固状物无法被湿润，导致球形化。2.翘曲变形在SLM的多层沉积技术中，由于其加工期间存在的高温度梯度，加工件内部通常会出现复杂的残余应力（RS），在制造过程中，上一层因为高温会出现膨胀，而下一层会冷却下来并收缩，将这一现象扩展到多层，最终会导致沿制造方向的较高的温度梯度。在生产制造期间，温度梯度导致零件各部分的膨胀和收缩程度不同，零件内部存在热应力以及残余应力[38-39]，因此，在制造期间的高温度梯度下，当零件内部支撑或基板无法承受多层的内部应力积累时，就会发生分层和翘曲变形的情况，如图1-3所示为金属零件发生翘曲分离开基板的实物图[40]。图1-3零件翘曲与基板分离[40]加工件的翘曲变形会给零件甚至是SLM设备运行带来严重的影响，如图1-4所示为零件1和零件2的加工设计图与成型件的效果对比[40]，成型件发生了严重的变形现象；而且在零件的后续使用中，往往也伴随着残余应力的释放导致零件的后续变形，影响工件的性能及使用寿命。（a）(b)(c)(d)图1-4加工设计图与成型件对比[40]。(a)零件1设计图；（b）零件1实物图；（c）零件2设计图；（d）零件2实物图
电子科技大学硕士学位论文4面积小于同等体积的半圆球形与熔池表面的接触面积，液状物更倾向于以球体状态存在，此时液状物不能在粉床或半成型件表面均匀展开，固状物无法被湿润，导致球形化。2.翘曲变形在SLM的多层沉积技术中，由于其加工期间存在的高温度梯度，加工件内部通常会出现复杂的残余应力（RS），在制造过程中，上一层因为高温会出现膨胀，而下一层会冷却下来并收缩，将这一现象扩展到多层，最终会导致沿制造方向的较高的温度梯度。在生产制造期间，温度梯度导致零件各部分的膨胀和收缩程度不同，零件内部存在热应力以及残余应力[38-39]，因此，在制造期间的高温度梯度下，当零件内部支撑或基板无法承受多层的内部应力积累时，就会发生分层和翘曲变形的情况，如图1-3所示为金属零件发生翘曲分离开基板的实物图[40]。图1-3零件翘曲与基板分离[40]加工件的翘曲变形会给零件甚至是SLM设备运行带来严重的影响，如图1-4所示为零件1和零件2的加工设计图与成型件的效果对比[40]，成型件发生了严重的变形现象；而且在零件的后续使用中，往往也伴随着残余应力的释放导致零件的后续变形，影响工件的性能及使用寿命。（a）(b)(c)(d)图1-4加工设计图与成型件对比[40]。(a)零件1设计图；（b）零件1实物图；（c）零件2设计图；（d）零件2实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属激光选区熔化（SLM）技术及设备概况[J]. 尚广庆,梁伟. 苏州市职业大学学报. 2018(03)
[2]选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究[J]. 张升,桂睿智,魏青松,史玉升. 机械工程学报. 2013(23)
[3]选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展[J]. 李瑞迪,魏青松,刘锦辉,史玉升,袁铁锤. 航空制造技术. 2012(05)
[4]SLM激光快速成型设备的设计与开发[J]. 陈光霞,曾晓雁. 机械设计与制造. 2010(08)
[5]基于压电陶瓷逆压电效应的电压信号变送原理[J]. 许韦华,鲍海,杨以涵,魏孝铭. 电力系统自动化. 2010(04)
[6]PZT-混凝土结构裂缝监测敏感因子提取试验[J]. 刘智,阎石,孙威. 水利与建筑工程学报. 2010(01)
[7]智能材料结构系统在土木工程中的应用[J]. 曹照平,王社良. 重庆建筑大学学报. 2001(01)
[8]土木工程智能结构体系的研究与发展[J]. 欧进萍,关新春. 地震工程与工程振动. 1999(02)
博士论文
[1]选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究[D]. 王迪.华南理工大学 2011
[2]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]选择性激光熔化金属零件翘曲变形的研究[D]. 祝彬彬.浙江工业大学 2017
[2]基于视觉的激光选区熔化成形铺粉质量在线监控系统研究[D]. 张鹏.华中科技大学 2017
[3]激光选区熔化铺粉系统设计研究[D]. 崔祎赟.南京理工大学 2016
[4]选区激光熔化制备多孔不锈钢材料工艺与特性研究[D]. 李鹏.中北大学 2014
本文编号：2952248
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLM系统结构图
电子科技大学硕士学位论文4面积小于同等体积的半圆球形与熔池表面的接触面积，液状物更倾向于以球体状态存在，此时液状物不能在粉床或半成型件表面均匀展开，固状物无法被湿润，导致球形化。2.翘曲变形在SLM的多层沉积技术中，由于其加工期间存在的高温度梯度，加工件内部通常会出现复杂的残余应力（RS），在制造过程中，上一层因为高温会出现膨胀，而下一层会冷却下来并收缩，将这一现象扩展到多层，最终会导致沿制造方向的较高的温度梯度。在生产制造期间，温度梯度导致零件各部分的膨胀和收缩程度不同，零件内部存在热应力以及残余应力[38-39]，因此，在制造期间的高温度梯度下，当零件内部支撑或基板无法承受多层的内部应力积累时，就会发生分层和翘曲变形的情况，如图1-3所示为金属零件发生翘曲分离开基板的实物图[40]。图1-3零件翘曲与基板分离[40]加工件的翘曲变形会给零件甚至是SLM设备运行带来严重的影响，如图1-4所示为零件1和零件2的加工设计图与成型件的效果对比[40]，成型件发生了严重的变形现象；而且在零件的后续使用中，往往也伴随着残余应力的释放导致零件的后续变形，影响工件的性能及使用寿命。（a）(b)(c)(d)图1-4加工设计图与成型件对比[40]。(a)零件1设计图；（b）零件1实物图；（c）零件2设计图；（d）零件2实物图
电子科技大学硕士学位论文4面积小于同等体积的半圆球形与熔池表面的接触面积，液状物更倾向于以球体状态存在，此时液状物不能在粉床或半成型件表面均匀展开，固状物无法被湿润，导致球形化。2.翘曲变形在SLM的多层沉积技术中，由于其加工期间存在的高温度梯度，加工件内部通常会出现复杂的残余应力（RS），在制造过程中，上一层因为高温会出现膨胀，而下一层会冷却下来并收缩，将这一现象扩展到多层，最终会导致沿制造方向的较高的温度梯度。在生产制造期间，温度梯度导致零件各部分的膨胀和收缩程度不同，零件内部存在热应力以及残余应力[38-39]，因此，在制造期间的高温度梯度下，当零件内部支撑或基板无法承受多层的内部应力积累时，就会发生分层和翘曲变形的情况，如图1-3所示为金属零件发生翘曲分离开基板的实物图[40]。图1-3零件翘曲与基板分离[40]加工件的翘曲变形会给零件甚至是SLM设备运行带来严重的影响，如图1-4所示为零件1和零件2的加工设计图与成型件的效果对比[40]，成型件发生了严重的变形现象；而且在零件的后续使用中，往往也伴随着残余应力的释放导致零件的后续变形，影响工件的性能及使用寿命。（a）(b)(c)(d)图1-4加工设计图与成型件对比[40]。(a)零件1设计图；（b）零件1实物图；（c）零件2设计图；（d）零件2实物图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属激光选区熔化（SLM）技术及设备概况[J]. 尚广庆,梁伟. 苏州市职业大学学报. 2018(03)
[2]选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究[J]. 张升,桂睿智,魏青松,史玉升. 机械工程学报. 2013(23)
[3]选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展[J]. 李瑞迪,魏青松,刘锦辉,史玉升,袁铁锤. 航空制造技术. 2012(05)
[4]SLM激光快速成型设备的设计与开发[J]. 陈光霞,曾晓雁. 机械设计与制造. 2010(08)
[5]基于压电陶瓷逆压电效应的电压信号变送原理[J]. 许韦华,鲍海,杨以涵,魏孝铭. 电力系统自动化. 2010(04)
[6]PZT-混凝土结构裂缝监测敏感因子提取试验[J]. 刘智,阎石,孙威. 水利与建筑工程学报. 2010(01)
[7]智能材料结构系统在土木工程中的应用[J]. 曹照平,王社良. 重庆建筑大学学报. 2001(01)
[8]土木工程智能结构体系的研究与发展[J]. 欧进萍,关新春. 地震工程与工程振动. 1999(02)
博士论文
[1]选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究[D]. 王迪.华南理工大学 2011
[2]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]选择性激光熔化金属零件翘曲变形的研究[D]. 祝彬彬.浙江工业大学 2017
[2]基于视觉的激光选区熔化成形铺粉质量在线监控系统研究[D]. 张鹏.华中科技大学 2017
[3]激光选区熔化铺粉系统设计研究[D]. 崔祎赟.南京理工大学 2016
[4]选区激光熔化制备多孔不锈钢材料工艺与特性研究[D]. 李鹏.中北大学 2014
本文编号：2952248
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