直接金屬SLS快速成型機(jī)的研究及其參數(shù)化設(shè)計.pdf

1、直接金屬SLS快速成型技術(shù)相對于車削、銑削等傳統(tǒng)金屬制件的加工手段，具有生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)靈活性高、不受產(chǎn)品外形設(shè)計限制以及成型精度高等優(yōu)點，受到各制造業(yè)的青睞，是一項新型的、具有很大發(fā)展?jié)摿Φ慕饘俪尚图夹g(shù)。直接金屬SLS快速成型技術(shù)的工藝原理是以一般的選擇性快速成型技術(shù)為基礎(chǔ)，都是基于離散/堆積成型原理的新型數(shù)字化成型技術(shù)。首先由計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)中的CAD技術(shù)模擬制件的三維模型，再由成型機(jī)根據(jù)模型，利用切片技術(shù)進(jìn)行層層燒結(jié)，最后成型制

2、件。由于其先進(jìn)性，國內(nèi)外對這一項成型技術(shù)都做出了大量的研究，但是國內(nèi)對于成型機(jī)的相關(guān)研究還不夠透徹，設(shè)備主要是靠進(jìn)口，且價格昂貴，國內(nèi)生產(chǎn)的設(shè)備燒結(jié)出的制件成型精度較差，性能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。針對目前國內(nèi)存在的相關(guān)問題，圍繞成型機(jī)及其相關(guān)裝置的功能和結(jié)構(gòu)，展開本次課題內(nèi)容。
　　 以直接金屬SLS快速成型機(jī)的工藝原理、結(jié)構(gòu)以及存在的缺陷為理論依據(jù)，以促進(jìn)成型技術(shù)發(fā)展、改善制件的成型精度與機(jī)械性能以及提高生產(chǎn)效率為理念，展開本次課題的研

3、究內(nèi)容。首先，對成型機(jī)的整機(jī)及其各組成部分裝置的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究設(shè)計;成型機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部分包括:成型缸裝置、供粉缸裝置、鋪粉裝置、預(yù)熱裝置、成型腔部分以及成型機(jī)機(jī)架。通過對各裝置的功能結(jié)構(gòu)及工藝原理進(jìn)行分析，掌握成型機(jī)的設(shè)計要領(lǐng)，為后續(xù)研究內(nèi)容的展開奠定了基礎(chǔ)。其次，主要針對直接影響成型制件質(zhì)量及成型精度的鋪粉裝置進(jìn)行了研究與設(shè)計;對實現(xiàn)鋪粉運動的傳動系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，并校核其傳動精度。在燒結(jié)過程中，由于激光與金屬粉末的相互作用，

4、會發(fā)生球化飛濺現(xiàn)象，造成鋪粉過程無法順利完成。針對這一缺陷，為實現(xiàn)鋪粉運動的順利進(jìn)行，實現(xiàn)對金屬粉末的均勻鋪展，對鋪粉裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。降低球化飛濺現(xiàn)象的發(fā)生概率，提高燒結(jié)件的成型精度。再者，金屬粉末在進(jìn)行燒結(jié)過程中，溫度場的分布同樣是影響制件質(zhì)量和成型精度的重要影響因素;在冷卻過程中，熱應(yīng)力集中會造成制件的翹曲變形，影響制件的質(zhì)量和成型精度。應(yīng)用基于ANSYS的有限元分析功能，對單一金屬粉末(鈦)在燒結(jié)過程中溫度場的分布進(jìn)行模擬分析，

5、建立數(shù)學(xué)模型，總結(jié)出燒結(jié)工藝參數(shù)對溫度場的影響情況，以便能夠選擇出最優(yōu)參數(shù)組進(jìn)行燒結(jié)，獲得高質(zhì)量的制件。最后，將參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用到成型機(jī)的設(shè)計中;目前，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式比較固定，一旦設(shè)計出來就很難再改變其參數(shù)，參數(shù)化設(shè)計方法可以解決這一難題。應(yīng)用基于Pro/E系統(tǒng)中的Pro/Program程序功能模塊，對直接金屬SLS快速成型機(jī)各結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，可以實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)變換而不改變其主要結(jié)構(gòu)，提高了其設(shè)計靈活性，以便未來能夠?qū)Τ尚蜋C(jī)的結(jié)