激光金属粉末成型机结构设计与实验研究

发布时间：2017-08-31 13:14

  本文关键词：激光金属粉末成型机结构设计与实验研究

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【摘要】：近年来,快速成型作为一种创新型制造技术得到了迅速发展和推广。随着媒体的宣传,人们也越来越多地了解并运用快速成型。基于其成型速度快、零件复杂度要求低、材料重复利用率高等特点,快速成型技术在军事、生命科学、航空航天、汽车等领域得到了广泛运用。 在航空航天和武器装备等领域中,一些具有特殊性能和复杂结构的金属零件如航空发动机涡轮盘的使用很广泛,但这些零件的制造存在能耗高、污染严重、周期长、成本高等难题。由于通常采用钛或者镍基高温合金等特殊的昂贵材料,采用机加工不仅制造困难而且浪费掉很多材料；采用铸造技术可成形出复杂结构,但工艺复杂,难以控制,零件缺陷较多；采用模锻技术可以克服铸件性能差的缺陷,但需要昂贵的精密模具和专用设备,成本很高。基于上述原因,采用激光快速成型可以在无需夹具的条件下,利用激光束逐层选择性地熔化金属粉末,经快速冷却凝固得到均匀细小的金相组织,累积生长成型金属零件。其致密度接近100%、材料利用率达到100%,尺寸精度可达到工业要求。 选择性激光熔化成型对选择区域内的金属粉末充分熔化,使得区域内几乎没有固相组织,因此,在液体张力的作用下,容易出现“聚球”现象,需要对工艺参数和扫描路径进行严格控制以抑制这种现象。寻求这种工艺下,为取得良好的成型效果,各工艺参数之间应满足什么关系,并以此作为本课题研究目标。 3D打印技术原理对于研究本课题具有很好的参考价值,由于研制激光金属成型设备成本较大,因此本课题在研制金属成型设备前对3D打印进行了一系列研究。本文在学习和了解3D打印技术原理的前提下,给出一套3D打印机的传动方案,并结合具体参数给出了丝杠及同步带的选型方案,针对实验过程中出现的问题进行了相应改进,得到很好的实际效果。同时,设计开发了一套激光金属粉末成型设备,在之后的改进过程中,为解决金属粉末成型机实际操作中刮刀难以装卸的问题,设计了一套可行的四杆机构。本文论述了在选择性激光熔化成型中,添加工艺支撑的必要性和合理性,定义了一套工艺支撑的结构参数,解释了它们的具体含义以及改变它们的数值会造成的影响。最后,根据课题研究目标,设计了一组有显著差异的实验模型,根据实际成型效果确定了最优工艺参数完成实验,分析实验结果,得出成型规律,并提出了经验公式,对支撑结构的具体设计提供理论依据。
【关键词】：快速成型 金属粉末 结构设计 工艺支撑
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG665
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 快速成型技术8-16
• 1.1.1 快速成型的特点及应用8-10
• 1.1.2 选择性激光熔化快速成型10-11
• 1.1.3 国内外激光快速成型的发展现状11-14
• 1.1.4 课题研究的背景和意义14-16
• 2 3D打印机结构设计16-25
• 2.1 3D打印技术原理16-17
• 2.2 设备结构原理及实现17
• 2.3 具体结构设计17-24
• 2.3.1 传动方案的确定17-18
• 2.3.2 传动构件的型号确定18-20
• 2.3.3 进料送丝结构的设计20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 激光金属成型机结构设计25-37
• 3.1 激光原理及发生器的选择25-30
• 3.1.1 激光产生的基本原理25-27
• 3.1.2 激光在各领域的应用27-28
• 3.1.3 激光发生器的选择28-30
• 3.2 成型机结构设计30-35
• 3.2.1 成型机结构原理30-32
• 3.2.2 刮刀铺粉装置实现32-35
• 3.2.3 成型件后处理结构设计35
• 3.3 本章小结35-37
• 4 工艺支撑研究37-42
• 4.1 工艺支撑添加的必要性37-38
• 4.2 工艺支撑结构38-40
• 4.2.1 工艺支撑结构参数38-40
• 4.2.2 工艺支撑的实现方式40
• 4.3 工艺支撑存在的问题40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 5 支撑结构的实验研究42-47
• 5.1 实验方法42
• 5.2 零件表面倾斜角α的确定42-43
• 5.3 设定实验模型的结构参数43-44
• 5.4 确定实验模型的工艺参数44
• 5.5 实验结果其分析44-45
• 5.6 本章小结45-47
• 6 结论47-48
• 参考文献48-50
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文50-51
• 致谢51

【参考文献】

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本文编号：765787