本文關(guān)鍵詞：電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)及不銹鋼粉末成形工藝研究

  更多相關(guān)文章： 3D打印 電子束 鋪粉系統(tǒng) 不銹鋼 “吹粉”問(wèn)題 表面形貌

【摘要】：本文研究的是金屬粉末電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)與粉末成形工藝,在生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域具有很良好的應(yīng)用前景。按照電子束3D打印技術(shù)參數(shù)要求,對(duì)電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),完成整個(gè)鋪粉系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主體分為四個(gè)部分：工作臺(tái)支架、升降臺(tái)、供粉箱與回收箱、行走機(jī)構(gòu)；嵌入式系統(tǒng)包括軟件與硬件系統(tǒng)。對(duì)升降臺(tái)升降的精度、供粉箱的出粉速度以及行走機(jī)構(gòu)鋪粉均勻性進(jìn)行了相應(yīng)的驗(yàn)證試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證升降臺(tái)下降精度為+0.002mm/0.5mm;通過(guò)試驗(yàn)測(cè)算供粉箱出粉速度V為39.0625-5000mm3/s,可以滿(mǎn)足供粉需求。試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋪一層0.5mm厚的粉末,供粉箱出粉速度V、行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度v,之比S在120時(shí),在粉末壓實(shí)后,粉末均勻性非常好。通過(guò)對(duì)升降臺(tái)升降、供粉箱出粉以及行走機(jī)構(gòu)鋪粉均勻性進(jìn)行調(diào)試與優(yōu)化,為不銹鋼粉末成形工藝提供粉末鋪設(shè)平臺(tái)。分析了真空條件下電子束“吹粉”現(xiàn)象的機(jī)理,并通過(guò)對(duì)比電阻絲、電子束偏轉(zhuǎn)掃描兩種加熱方式對(duì)粉末潰散的影響,探究出電阻絲與電子束偏轉(zhuǎn)掃描復(fù)合預(yù)熱為解決“吹粉”問(wèn)題的最優(yōu)方案。試驗(yàn)結(jié)果表明使用電阻絲加熱與電子束偏轉(zhuǎn)掃描相結(jié)合的復(fù)合預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)間25min能夠使吹粉率低于10%,預(yù)熱時(shí)間比單個(gè)加熱源少44.4%。復(fù)合預(yù)熱系統(tǒng)加熱粉末30min能夠有效地解決“吹粉”問(wèn)題。電子束3D打印粉末熔化成形的工藝參數(shù)對(duì)316L不銹鋼粉末成形試樣的表面形貌有直接影響,在加速電壓隊(duì)掃描間距L等工藝參數(shù)恒定情況下,相同的電子束束流I與掃描頻率F的比值I/F得到的成形件上表面形貌基本相似并且得到的成形試樣上表面粗糙度相差不大。隨著I/F值升高,成形試樣上的表面形貌由網(wǎng)狀逐漸過(guò)渡至溝壑狀,成形試樣上表面粗糙度升高。層間粉末成形需要使用復(fù)合預(yù)熱系統(tǒng)至少預(yù)熱40s,才能保證粉末成形率在90%以上。隨著粉末逐層堆積成形,再加上熱輸入累積,層數(shù)高的對(duì)層數(shù)低的成形層起著回火或者退火的作用,使相應(yīng)成形層硬度略微有些下降。電子束3D打印獲得的試樣組織致密、晶粒細(xì)小,其致密度達(dá)98.12%。比較首層鋪粉熔化成形、多層粉末熔化成形這兩種工藝,可以發(fā)現(xiàn)在多層粉末熔化成形時(shí),低熔點(diǎn)的錳(Mn)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的較為明顯些,其他的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒(méi)有明顯變化。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 電子束 鋪粉系統(tǒng) 不銹鋼 “吹粉”問(wèn)題 表面形貌
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB44;TG142.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 選題的科學(xué)意義和應(yīng)用前景11-12
• 1.2 電子束3D打印國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 電子束3D打印國(guó)外研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 電子束3D打印國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 電子束3D打印最新發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用14-15
• 1.3 不銹鋼粉末3D打印的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 不銹鋼粉末的特性16
• 1.3.2 不銹鋼粉末3D打印技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)方案可行性分析19-24
• 2.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及工序設(shè)計(jì)19-20
• 2.1.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)方案概述19
• 2.1.2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路19-20
• 2.1.3 嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路20
• 2.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)工序設(shè)計(jì)20-21
• 2.3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境及技術(shù)參數(shù)21-23
• 2.3.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境21-22
• 2.3.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)22-23
• 2.4 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的可行性分析23
• 2.4.1 高效性23
• 2.4.2 可靠性23
• 2.4.3 適應(yīng)性23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制24-58
• 3.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制24-39
• 3.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境與其優(yōu)勢(shì)25-26
• 3.1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研制26-33
• 3.1.3 伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的選型33-36
• 3.1.4 滾珠絲杠、聯(lián)軸器的選型36-38
• 3.1.5 機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)物圖38-39
• 3.2 嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研制39-51
• 3.2.1 嵌入式控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)39-40
• 3.2.2 嵌入式控制系統(tǒng)的微處理器選型40-41
• 3.2.3 嵌入式控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研制41-44
• 3.2.4 嵌入式控制系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)44-51
• 3.3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的工作流程51-53
• 3.4 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)整體調(diào)試與優(yōu)化53-57
• 3.4.1 升降臺(tái)升降調(diào)試與優(yōu)化53-54
• 3.4.2 供粉箱出粉速度調(diào)試與優(yōu)化54
• 3.4.3 行走機(jī)構(gòu)鋪粉均勻性調(diào)試與優(yōu)化54-56
• 3.4.4 鋪粉系統(tǒng)一層鋪粉時(shí)間56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 電子束3D打印不銹鋼粉末成形工藝研究58-74
• 4.1 試驗(yàn)材料、設(shè)備58-60
• 4.1.1 試驗(yàn)材料58
• 4.1.2 試驗(yàn)設(shè)備58-60
• 4.2 “吹粉”問(wèn)題的解決方案60-69
• 4.2.1 真空條件下電子束吹粉機(jī)理分析60-61
• 4.2.2 電阻絲加熱方法61-65
• 4.2.3 電子束偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)預(yù)熱方法65-67
• 4.2.4 電阻絲預(yù)熱(CF1)、電子束偏轉(zhuǎn)掃描預(yù)熱(CF2)不同時(shí)間吹粉率的對(duì)比67
• 4.2.5 “吹粉”問(wèn)題最優(yōu)解決方案67-69
• 4.3 試驗(yàn)方法及工藝參數(shù)69-73
• 4.3.1 試驗(yàn)方法69-70
• 4.3.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)70-72
• 4.3.3 驗(yàn)證工藝試驗(yàn)檢測(cè)方法72-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 5 工藝參數(shù)對(duì)成形試樣特征與性能的影響74-82
• 5.1 成形試樣特征的檢測(cè)及分析74-77
• 5.1.1 I/F值對(duì)首層鋪粉成形試樣上表面形貌、表面粗糙度的影響74-76
• 5.1.2 掃描頻率不變時(shí)層間預(yù)熱時(shí)間T、束流I對(duì)多層粉末成形試樣層間成形的影響76-77
• 5.2 成形試樣硬度測(cè)試及分析77-79
• 5.3 成形試樣致密度測(cè)試及分析79-80
• 5.4 成形試樣元素成分測(cè)試及分析80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 6 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 附錄89

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：992736