金屬粉末選區(qū)激光熔化三維打印系統(tǒng)研究.pdf

1、選區(qū)激光熔化成形技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的可直接制造金屬零件的快速成形領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。與傳統(tǒng)加工方法相比，SLM技術(shù)利用高功率激光直接熔化金屬粉末，可獲得近全致密度、高尺寸精度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件，在航空航天、生物醫(yī)療及汽車模具等方面具有明顯優(yōu)勢。目前對SLM的研究主要在材料種類及性能分析，對成形設(shè)備結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)研究相對較少，為改善成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)合理性、加工效率及精度，研發(fā)與SLM成形設(shè)備配套的選區(qū)激光熔化三維打印系統(tǒng)具有重要的

2、應(yīng)用價值。
　　本文根據(jù)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，提出了基于SLM成形技術(shù)的金屬粉末選區(qū)激光熔化三維打印系統(tǒng)總體方案。分析了SLM成形設(shè)備的主要組成及功能，完成了選區(qū)激光熔化三維打印系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計和三維建模，包括的動態(tài)聚焦三維振鏡式掃描機構(gòu)、不等高預(yù)熱機構(gòu)和滾珠絲杠側(cè)置、鋪粉輥子與刮板復(fù)合式鋪粉機構(gòu)和粉末回收機構(gòu)等，并確定了各部分機構(gòu)的傳動和驅(qū)動方式。運用ANSYS有限元軟件對鋪粉機構(gòu)的鋪粉輥子和刮板進(jìn)行了

3、靜力學(xué)和模態(tài)分析，計算了最優(yōu)力作用下鋪粉輥子和刮板的應(yīng)力應(yīng)變圖，分析了固有頻率和振型圖，驗證了鋪粉機構(gòu)的振動滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，運用ADAMS軟件對金屬粉末SLM三維打印機的鋪粉機構(gòu)和激光掃描機構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)仿真，確定合理的運動軌跡、運動速度及加速度軌跡。分析了選區(qū)激光熔化三維打印系統(tǒng)的工作方式和控制要求，設(shè)計了基于“PC+運動控制卡”的開放式運動控制系統(tǒng)方案，構(gòu)建出基于運動控制卡的SLM運動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，提出了采用基于PC的實時運動控