機(jī)械零件快速成型的關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā).pdf

1、選擇性激光燒結(jié)快速成型是快速成型技術(shù)的一個(gè)重要分支，其成型工藝涉及到機(jī)械、精密伺服驅(qū)動(dòng)、材料、激光、粉末燒結(jié)理論、CAD技術(shù)和傳熱等諸多相關(guān)學(xué)科。其中機(jī)械零件的快速成型制造是選擇性激光燒結(jié)快速成型生產(chǎn)領(lǐng)域中的一種，近年來國(guó)內(nèi)在機(jī)械零件的快速成型技術(shù)上雖有一定的發(fā)展，但由于制造機(jī)械零件的快速成型設(shè)備成本較高、機(jī)械零件的成型制造影響因素較多、成型過程較復(fù)雜、成型精密機(jī)械零件的難度大等制約了在其方面的發(fā)展。
　　本課題重點(diǎn)對(duì)機(jī)械零件的選

2、擇性激光燒結(jié)過程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬和燒結(jié)過程鋪粉的精密運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了比較深入的研究，內(nèi)容包括:預(yù)熱對(duì)機(jī)械零件燒結(jié)成型的影響，激光燒結(jié)參數(shù)對(duì)燒結(jié)溫度場(chǎng)的影響，采用“上位機(jī)+PLC+伺服驅(qū)動(dòng)器”的模式對(duì)成型過程進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)控制，特別是對(duì)鋪粉的均勻性進(jìn)行精密的運(yùn)動(dòng)控制。最后，針對(duì)燒結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)的動(dòng)畫模擬仿真。
　　機(jī)械零件的選擇性激光燒結(jié)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的熱物理過程，燒結(jié)過程中受到熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射等因素的影響。在構(gòu)建完待燒結(jié)

3、件的模型后，通過處理激光移動(dòng)熱源，實(shí)現(xiàn)多層粉末的激光燒結(jié)、非線性和相變潛熱等，對(duì)溫度場(chǎng)模擬的關(guān)鍵性問題制定有效的解決方案。然后通過建立預(yù)熱溫度場(chǎng)對(duì)機(jī)械零件選擇性激光燒結(jié)在各種預(yù)熱溫度下的影響進(jìn)行了對(duì)比，為304L不銹鋼材料粉末的選擇性激光燒結(jié)優(yōu)選出了最佳的預(yù)熱溫度;通過對(duì)預(yù)熱與激光功率的分析研究?jī)?yōu)選出了合理的激光功率。最后利用有限元Ansys對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)溫度場(chǎng)進(jìn)行了有效的分析模擬。
　　針對(duì)機(jī)械零件燒結(jié)成型的控制部分，采用“上位

4、機(jī)+PLC+伺服驅(qū)動(dòng)器”的控制模式。PLC本身具有高速脈沖輸出的功能，伺服驅(qū)動(dòng)器直接接收PLC傳送來的脈沖和方向信號(hào)，通過改變脈沖頻率和個(gè)數(shù)就可以完成定位，并且伺服電機(jī)自帶的光電編碼器是電機(jī)運(yùn)行位移的檢測(cè)裝置，不僅能夠保證燒結(jié)過程的精確位移控制，而且能夠?qū)崟r(shí)反饋各運(yùn)動(dòng)單元所在的狀態(tài)，確保機(jī)械零件的高精度燒結(jié)成型。
　　基于上述研究成果開發(fā)了機(jī)械零件選擇性激光燒結(jié)快速成型的模擬仿真系統(tǒng)，該模擬仿真系統(tǒng)不僅能夠從幾何方面對(duì)設(shè)備的各個(gè)運(yùn)