金属3D打印机关键结构的可拓设计与优化

发布时间：2024-03-10 03:43

　　基于选择性激光熔化技术的金属3D打印机可制造高精度、高致密度、力学性能优良的零件,关键结构是指成型室及其相连的协同工作部分,按功能可划分为光路组件、铺粉组件、气路组件。目前存在的主要问题为:激光振镜的调节及定位精度低、机架质量大、电机轴易发生疲劳损坏、铺粉装置振动严重、成型室内的黑烟颗粒无法有效清除,为了解决这些问题,结合可拓创新方法对关键结构进行设计、分析与优化。对于光路组件,设计了振镜调节装置,运用可拓创新方法建立了振镜调节装置的可拓模型,经可拓变换后得到了三种设计方案,对每种方案的机架进行了静力学分析,得到了对应的最大应力与最大形变,使用优度评价方法对各方案进行优度评价,得到方案三最优。使用ANSYS的响应面优化工具对横架,振镜固定架进行分析与优化,经优化后横架减重69.6%,振镜固定架减重68.9%。设计了一种结构简单,定位精度高的振镜定位装置。对于铺粉组件,设计了传动方式分别为丝杠传动、带传动、链传动的三种动力装置方案,并使用优度评价方法对各方案进行优度评价,得到带传动方案最优。对电机轴进行疲劳分析,结果显示其最小安全因子仅为1.2,达不到安全要求,设计了一种电机轴保护结构进...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 SLM技术研究进展
        1.2.1 SLM工艺研究进展
        1.2.2 SLM设备研究进展
        1.2.3 SLM技术存在的问题
    1.3 本文的主要工作
第二章 创新设计与优化的基本理论
    2.1 可拓创新方法概述
        2.1.1 可拓创新方法基本概念
        2.1.2 可拓模型的建立方法
        2.1.3 拓展分析方法
        2.1.4 可拓变换方法
        2.1.5 优度评价方法
    2.2 优化设计方法
    2.3 本章小结
第三章 光路组件的设计与优化
    3.1 光路组件的构成
        3.1.1 激光器
        3.1.2 扩束镜
        3.1.3 扫描振镜
        3.1.4 其它元件
    3.2 振镜调节装置的结构设计
        3.2.1 竖向调节结构的设计
        3.2.2 横向调节结构的设计
        3.2.3 纵向调节结构的设计
    3.3 建立振镜调节装置的可拓模型
    3.4 机架的静力学分析
        3.4.1 网格无关性分析
        3.4.2 其它方案分析结果
    3.5 机架的优度评价
    3.6 横架与振镜固定架的优化
        3.6.1 横架的优化
        3.6.2 振镜固定架的优化
    3.7 优化后的振镜调节装置
    3.8 振镜定位装置的设计
    3.9 本章小结
第四章 铺粉组件的设计与优化
    4.1 铺粉原理
    4.2 动力装置的方案设计
    4.3 动力装置的优度评价
    4.4 电机轴的疲劳分析与优化
        4.4.1 电机轴的疲劳分析
        4.4.2 电机轴的优化
    4.5 隔离装置的设计
    4.6 铺粉装置的设计与优化
        4.6.1 铺粉装置的设计
        4.6.2 铺粉装置的模态分析
        4.6.3 铺粉装置的优化
    4.7 本章小结
第五章 气路组件的设计与优化
    5.1 气路的除烟原理
    5.2 气路组件的设计
        5.2.1 进气罩的设计
        5.2.2 排气罩的设计
        5.2.3 金属3D打印机成型室结构
    5.3 黑烟颗粒的运动轨迹仿真
        5.3.1 建立流场模型并划分网格
        5.3.2 仿真条件设置
        5.3.3 网格无关性分析
        5.3.4 仿真分析结果
    5.4 气路的优化
        5.4.1 进气罩的优化
        5.4.2 建立优化后的流场模型并划分网格
        5.4.3 优化后仿真分析结果
    5.5 气路的二次优化
        5.5.1 设计二次优化方案
        5.5.2 建立二次优化后的流场模型并划分网格
        5.5.3 二次优化后仿真条件设置
        5.5.4 二次优化后仿真分析结果
    5.6 二次优化方案的优度评价
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 设计结果
    6.2 全文总结
    6.3 本文创新点
    6.4 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间的研究成果



本文编号：3924190