選擇性激光熔化技術(shù)(Selective Laser Melting,SLM)作為最具發(fā)展?jié)摿χ坏慕饘倭悴考霾闹圃?3D打印)技術(shù),近年來已在特種機械、航空航天、生物醫(yī)學等制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要應(yīng)用。為滿足開放性的科研實驗需求,基于SLM原理,本文設(shè)計開發(fā)了具有顯著設(shè)備成本優(yōu)勢、結(jié)構(gòu)緊湊的小型SLM設(shè)備;采用開發(fā)的小型SLM設(shè)備,實驗獲得了成型性良好的3D打印金屬結(jié)構(gòu)件,并進行了相關(guān)性能與機理研究。本文設(shè)計了小型SLM設(shè)備的總體構(gòu)架方案,針對設(shè)備構(gòu)架劃分的四個子系統(tǒng):送粉-鋪粉系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及氣體保護系統(tǒng),分別進行各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和部件選型:1)為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊型設(shè)計目標,設(shè)計自制了一種帶有漏槽的送粉盒置于零件成型工作缸的后上方,以提高設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間利用率,通過開發(fā)的落粉-鋪粉機械運動裝置,可精確控制落粉量、提高粉末利用率;2)在激光掃描系統(tǒng)中設(shè)計引入可控調(diào)焦機械裝置,采用蝸輪-蝸桿和齒輪-齒條機構(gòu)實現(xiàn)光斑大小的調(diào)節(jié),可對不同材料粉體實現(xiàn)不同激光光斑尺度的工藝選調(diào);3)為進一步提高設(shè)備體積的緊湊化程度,優(yōu)化設(shè)計了控制系統(tǒng)的排布方案,將其集成在設(shè)備下腔體內(nèi);4)設(shè)計并通過FLUENT數(shù)值仿真優(yōu)化了成型氣氛保護系統(tǒng),獲得了氣體過濾器和氣氛腔體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)排布方案。面向小型、異型或復雜結(jié)構(gòu)的航天零部件3D打印應(yīng)用需求,采用本文設(shè)計開發(fā)的小型SLM設(shè)備開展了GH3536鎳基高溫合金3D打印工藝研究,并實驗對比了不同的激光掃描策略(傾斜分區(qū)掃描、螺旋掃描和島形掃描策略)對GH3536鎳基合金成形件致密度和組織性能的影響;根據(jù)實驗結(jié)果,選定傾斜分區(qū)作為最佳掃描策略,3D打印制造了Gyroid極小曲面結(jié)構(gòu)試件,結(jié)合對Gyroid極小曲面結(jié)構(gòu)的設(shè)計幾何參數(shù),實驗分析了Gyroid結(jié)構(gòu)的壓縮性能,結(jié)果表明:具有較小壁厚的Gyroid結(jié)構(gòu)壓縮曲線平緩的塑性階段表現(xiàn)出良好的吸能特性,同等壁厚條件下Gyroid結(jié)構(gòu)沿3D打印建造方向的壓縮性能高于水平方向的壓縮性能。
【學位單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH122
【部分圖文】：

其制造出的零件致密度高、機械性能好、且加工尺寸精度高，不需要通過后??處理來提升制件的致密度和機械性能［１３，１４］。??ＳＬＭ技術(shù)原理如圖１．１所示，其基本過程為：通過電腦專業(yè)軟件讀取模型數(shù)據(jù)的??ＳＴＬ文件，進行分層切片，工藝參數(shù)的設(shè)定，并生成相應(yīng)的代碼。隨后通過鋪粉裝置將??粉末均勻地鋪平在成型缸上，鋪粉完成后，激光器通過振鏡系統(tǒng)將激光光束聚焦在粉床??上，直接熔化粉末，掃描出當前層面的圖形。加工過完成后，供粉缸上升一定高度，成??型缸下降一層高度，鋪粉裝置重新將粉末鋪平。繼續(xù)下一層的成型，如此反復加工，直??至零件加工成型。之后，成型缸上升，回收粉末，取出所制造的零件。??計舁機控制系統(tǒng)＿＿?＇激光器卜??—??鋪粉輥■?運動方向３?成型件??工作，丨治?丨Ｖ：：：．＇：．??．．．．．．．．．．??＾?、成羽缸??１?１??Ｉ?十??圖１．１?ＳＬＭ技術(shù)原理圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ

其制造出的零件致密度高、機械性能好、且加工尺寸精度高，不需要通過后??處理來提升制件的致密度和機械性能［１３，１４］。??ＳＬＭ技術(shù)原理如圖１．１所示，其基本過程為：通過電腦專業(yè)軟件讀取模型數(shù)據(jù)的??ＳＴＬ文件，進行分層切片，工藝參數(shù)的設(shè)定，并生成相應(yīng)的代碼。隨后通過鋪粉裝置將??粉末均勻地鋪平在成型缸上，鋪粉完成后，激光器通過振鏡系統(tǒng)將激光光束聚焦在粉床??上，直接熔化粉末，掃描出當前層面的圖形。加工過完成后，供粉缸上升一定高度，成??型缸下降一層高度，鋪粉裝置重新將粉末鋪平。繼續(xù)下一層的成型，如此反復加工，直??至零件加工成型。之后，成型缸上升，回收粉末，取出所制造的零件。??計舁機控制系統(tǒng)＿＿?＇激光器卜??—??鋪粉輥■?運動方向３?成型件??工作，丨治?丨Ｖ：：：．＇：．??．．．．．．．．．．??＾?、成羽缸??１?１??Ｉ?十??圖１．１?ＳＬＭ技術(shù)原理圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ

?華東理工大學碩士學位論文??件如圖１．３所示。該設(shè)備的最大成型尺寸為２５０ｘ２５０ｘ３２５ｍｍ。激光光源選用的是高質(zhì)??量、高性能、高穩(wěn)定性的４００Ｗ光纖激光器。可以加工各類材料：輕金屬、不銹鋼、鎳??基合金、鈦合金、超級合金等。Ｍ２９０成型設(shè)備配備一套攝像系統(tǒng)，可以監(jiān)測粉層鋪設(shè)??情況，以及打印過程中熔池狀態(tài)，實時反饋相應(yīng)信息。激光監(jiān)測模塊可以在整個成型過??程中實時監(jiān)測激光功率的變化。表Ｕ為Ｍ２９０的基本參數(shù)。??圖１．３?ＥＯＳ?Ｍ２卯增材制造設(shè)備及金屬制件??Ｆｉｇ．?１．３?ＥＯＳ?Ｍ２９０?ＳＬＭ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ｍｅｔａｌ?ｐａｒｔ??表１．１?ＥＯＳ?Ｍ２９０增材制造設(shè)備技術(shù)參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ＥＯＳ?Ｍ２９０??最大成型尺寸（長ｘ寬ｘ高）?２５０ｘ?２５０ｘ３２５ｍｍ??激光器類型?４００Ｗ光纖激光器??光學掃描系統(tǒng)?Ｆ－ｔｌｉｅｔａ透鏡，高速掃描鏡??掃描速度?速度可達７ｍ／ｓ??粉末層厚?２０－１００）ｉｍ?（可調(diào)）??制造速度?５－２０ｃｍ３／ｈ??氮氣發(fā)生器?內(nèi)置集成??氬氣供給?４－５ｂａｒ；?０．６ｍ３／ｈ??壓縮空氣供給?７ｂａｒ；?２０ｍ３／ｈ??電源與功耗?電流３２Ａ；最大功率８．５ＫＷ??德國的Ｃｏｎｃｅｐｔ?Ｌａｓｅｉ？公司推出了?Ｍ２增材制造成型設(shè)備，如圖１．４所示。Ｍ２是世??界上第一套可以激光加工鈦合金、鋁合金等反射性金屬材料的增材制造設(shè)備。成型制件??的致密度可以達到９９．９５°／。
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本文編號：2863574