基于LOM工艺的单板层积成型试验机的设计与研究
发布时间：2020-09-23 07:31
本文在对分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing,LOM)的研究与分析基础上,结合激光切割快速成型的优势,设计一台以单板作为成型材料的层积成型试验机;该试验机集激光切割、涂胶、热压等多个工序于一体,可用于加工铸造用木模、汽车内饰木壳、异形木质工件等产品,为木制品加工领域提供了一种新的加工方式。对LOM成型技术中的激光切割工艺进行分析,为保证激光切割后的工件轮廓尺寸精度,对激光切割单板时的工艺参数进行数学建模,得到激光输出功率与进给速度间的匹配关系;利用有限元软件拟单板的切口状况;然后用YAG脉冲式固体激光器对薄木进行切割试验验证;为成型试验机的设计及加工调试提供理论依据。通过对LOM成型工艺的分析,确定单板层积成型试验机的工艺流程;结合设备的总体布局要求和传动方式,确定了由机架、激光切割系统、进料辊筒组件、涂胶组件、热压组件、升降平台组件等组成的整机设计方案。对设备中各组成机构进行结构设计,确定相关技术参数,利用SolidWorks工程软件对单板层积成型试验机进行三维建模、装配。运用ADAMS软件对单板层积成型试验机的升降台组件进行运动学分析,分析驱动铰接点的速度与升降台面速度之间的关系;运用ANSYS有限元分析软件对升降台组件进行静力学分析,得到应力和应变云图,校核其强度和刚度,验证结构设计的合理性。设计单板层积成型试验机的控制系统,根据PLC控制系统的设计原则,结合设备的加工流程和要求设计电气原理图、完成电气元件的选择等,此外还设计控制系统程序以及控制界面,使单板层积成型试验机实现自动化控制。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS64
【部分图文】：
■逡逑＿邋■邋Ｉ邋一一邋ｌ？逡逑图１－２邋ＳＬＡ技术工作原理图逦图１－３邋ＳＬＡ－２５０光固化快速成型机逡逑光固化快速成型技术具有广阔的应用前景，尤其是在产品开发过程中，难以用传统逡逑加工工艺制作的形状复杂的零部件都可以在光固化成型机上来完成制作。成型的工件精逡逑度较高、表面质量较好，但是成型所采用的原材料液态树脂较为昂贵，因此成本较高。逡逑１．２．２薄层材料分层实体制造技术（ＬＯＭ）逡逑分层实体制造技术（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ邋Ｏｂｊｅｃｔ邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＯＭ），又称为薄层材料选逡逑择性切割技术，是目前应用较为成熟的快速成型技术之一；１９８４年Ｍｉｃｈａｅｌ邋Ｆｅｙｇｉｎ提逡逑出了分层实体制造的方法，并于１９８５年组建Ｈｅｌｉｓｙｓ公司，图１－５所示为美国Ｈｅｌｉｓｙｓ逡逑公司生产的ＬＯＭ－１０５０型分层实体制造成型机，该方法和设备自问世以来，得到迅速发逡逑展，目前世界上己有１００多套设备投入使用。除了制造模具、模型外，还可以直接制造逡逑结构件或功能件
一■逡逑＿邋■邋Ｉ邋一一邋ｌ？逡逑图１－２邋ＳＬＡ技术工作原理图逦图１－３邋ＳＬＡ－２５０光固化快速成型机逡逑光固化快速成型技术具有广阔的应用前景，尤其是在产品开发过程中，难以用传统逡逑加工工艺制作的形状复杂的零部件都可以在光固化成型机上来完成制作。成型的工件精逡逑度较高、表面质量较好，但是成型所采用的原材料液态树脂较为昂贵，因此成本较高。逡逑１．２．２薄层材料分层实体制造技术（ＬＯＭ）逡逑分层实体制造技术（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ邋Ｏｂｊｅｃｔ邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＯＭ），又称为薄层材料选逡逑择性切割技术，是目前应用较为成熟的快速成型技术之一；１９８４年Ｍｉｃｈａｅｌ邋Ｆｅｙｇｉｎ提逡逑出了分层实体制造的方法，并于１９８５年组建Ｈｅｌｉｓｙｓ公司，图１－５所示为美国Ｈｅｌｉｓｙｓ逡逑公司生产的ＬＯＭ－１０５０型分层实体制造成型机，该方法和设备自问世以来，得到迅速发逡逑展，目前世界上己有１００多套设备投入使用。除了制造模具、模型外，还可以直接制造逡逑结构件或功能件
逦＾逡逑图１－４邋ＬＯＭ成型技术工作原理图逦图１－５邋ＬＯＭ－１０１５型快速成型机逡逑本文将在后续章节着重介绍ＬＯＭ成型原理及基于此工艺的单板成型试验机的设逡逑计。逡逑１．２．３选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）逡逑选择性激光烧结技术（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋Ｌａｓｅｒ邋Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＬＳ），又称为选区激光烧结技术，逡逑其思想最初由Ｔｅｘａｓ大学Ａｕｓｔｉｎ分校的Ｄｅｃｋａｒｄ于１９８６年提出，随后ＤＴＭ、德国的逡逑ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ公司先后推出了基于ＳＬＳ成型技术的快速成型设备；图１－７所示为基于ＳＬＳ逡逑成型技术的激光烧结快速成型机。目前研究激光选择性烧结工艺除了美国的ＤＴＭ、德逡逑国的ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ公司外，还有国内的北京隆源公司，南京航空航天大学和华中科技大逡逑学等；选择性激光烧结设备主要有ＤＴＭ公司的Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ和ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ的ＥＯＳＳＩＮＴ逡逑系列产品。烧结所用的材料均为粉末状材料，国内外已经研制成功并投入应用的ＳＬＳ材逡逑料主要有高分子材料粉末（尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯等）、蜡粉、金属粉、陶瓷粉末逡逑等［２２］。逡逑选择性激光烧结的工作原理如图１－６所示，用红外线板将粉末材料加热至恰好低于逡逑烧结点的某一温度，计算机发出控制指令使激光器按工件的截面轮廓形状扫描平台上的逡逑粉末材料，粉末材料受热后熔化形成一层截面轮廓；之后工作台下降一个层厚，铺料装逡逑置再次均匀地将粉末材料铺装在前一个烧结层上
本文编号：2825031
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS64
【部分图文】：
■逡逑＿邋■邋Ｉ邋一一邋ｌ？逡逑图１－２邋ＳＬＡ技术工作原理图逦图１－３邋ＳＬＡ－２５０光固化快速成型机逡逑光固化快速成型技术具有广阔的应用前景，尤其是在产品开发过程中，难以用传统逡逑加工工艺制作的形状复杂的零部件都可以在光固化成型机上来完成制作。成型的工件精逡逑度较高、表面质量较好，但是成型所采用的原材料液态树脂较为昂贵，因此成本较高。逡逑１．２．２薄层材料分层实体制造技术（ＬＯＭ）逡逑分层实体制造技术（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ邋Ｏｂｊｅｃｔ邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＯＭ），又称为薄层材料选逡逑择性切割技术，是目前应用较为成熟的快速成型技术之一；１９８４年Ｍｉｃｈａｅｌ邋Ｆｅｙｇｉｎ提逡逑出了分层实体制造的方法，并于１９８５年组建Ｈｅｌｉｓｙｓ公司，图１－５所示为美国Ｈｅｌｉｓｙｓ逡逑公司生产的ＬＯＭ－１０５０型分层实体制造成型机，该方法和设备自问世以来，得到迅速发逡逑展，目前世界上己有１００多套设备投入使用。除了制造模具、模型外，还可以直接制造逡逑结构件或功能件
一■逡逑＿邋■邋Ｉ邋一一邋ｌ？逡逑图１－２邋ＳＬＡ技术工作原理图逦图１－３邋ＳＬＡ－２５０光固化快速成型机逡逑光固化快速成型技术具有广阔的应用前景，尤其是在产品开发过程中，难以用传统逡逑加工工艺制作的形状复杂的零部件都可以在光固化成型机上来完成制作。成型的工件精逡逑度较高、表面质量较好，但是成型所采用的原材料液态树脂较为昂贵，因此成本较高。逡逑１．２．２薄层材料分层实体制造技术（ＬＯＭ）逡逑分层实体制造技术（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ邋Ｏｂｊｅｃｔ邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＬＯＭ），又称为薄层材料选逡逑择性切割技术，是目前应用较为成熟的快速成型技术之一；１９８４年Ｍｉｃｈａｅｌ邋Ｆｅｙｇｉｎ提逡逑出了分层实体制造的方法，并于１９８５年组建Ｈｅｌｉｓｙｓ公司，图１－５所示为美国Ｈｅｌｉｓｙｓ逡逑公司生产的ＬＯＭ－１０５０型分层实体制造成型机，该方法和设备自问世以来，得到迅速发逡逑展，目前世界上己有１００多套设备投入使用。除了制造模具、模型外，还可以直接制造逡逑结构件或功能件
逦＾逡逑图１－４邋ＬＯＭ成型技术工作原理图逦图１－５邋ＬＯＭ－１０１５型快速成型机逡逑本文将在后续章节着重介绍ＬＯＭ成型原理及基于此工艺的单板成型试验机的设逡逑计。逡逑１．２．３选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）逡逑选择性激光烧结技术（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋Ｌａｓｅｒ邋Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＬＳ），又称为选区激光烧结技术，逡逑其思想最初由Ｔｅｘａｓ大学Ａｕｓｔｉｎ分校的Ｄｅｃｋａｒｄ于１９８６年提出，随后ＤＴＭ、德国的逡逑ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ公司先后推出了基于ＳＬＳ成型技术的快速成型设备；图１－７所示为基于ＳＬＳ逡逑成型技术的激光烧结快速成型机。目前研究激光选择性烧结工艺除了美国的ＤＴＭ、德逡逑国的ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ公司外，还有国内的北京隆源公司，南京航空航天大学和华中科技大逡逑学等；选择性激光烧结设备主要有ＤＴＭ公司的Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ和ＥＯＳ邋ＧｍｂＨ的ＥＯＳＳＩＮＴ逡逑系列产品。烧结所用的材料均为粉末状材料，国内外已经研制成功并投入应用的ＳＬＳ材逡逑料主要有高分子材料粉末（尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯等）、蜡粉、金属粉、陶瓷粉末逡逑等［２２］。逡逑选择性激光烧结的工作原理如图１－６所示，用红外线板将粉末材料加热至恰好低于逡逑烧结点的某一温度，计算机发出控制指令使激光器按工件的截面轮廓形状扫描平台上的逡逑粉末材料，粉末材料受热后熔化形成一层截面轮廓；之后工作台下降一个层厚，铺料装逡逑置再次均匀地将粉末材料铺装在前一个烧结层上
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
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5 左红艳;薄材叠层快速成型件精度影响因素及应用研究[D];昆明理工大学;2006年
6 刘利;光固化快速成型制件的精度研究[D];大连理工大学;2005年
7 唐明胜;LOM工艺参数匹配控制系统研究[D];华侨大学;2001年
本文编号：2825031
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