GMA增材制造技術(shù)是一種以電弧作為熱源將金屬絲材熔化的增材制造方法。GMA增材制造成本低,對現(xiàn)場裝配要求簡單,可用于成形復(fù)雜程度中等、尺寸較大的金屬零件。采用GMA增材制造方式加工的零件可分為多層單道（單墻壁）零件和多層多道零件兩種。近些年,針對單墻壁零件的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)處于成熟階段。本文以多層多道熔敷為研究對象,以提高成形精度為目標(biāo),深入研究了具有不同結(jié)構(gòu)的堆敷路徑排布準(zhǔn)則,并在此基礎(chǔ)上開展了多層多道熔敷成形特性和尺寸控制的研究。首先,建立了機器人GMA增材制造加工軟硬件系統(tǒng)平臺,實現(xiàn)了待加工零件的模型建立、分層切片、路徑規(guī)劃、參數(shù)規(guī)劃和實際堆積成形等功能。開展了不同參數(shù)條件下單熔敷道成形實驗,并開發(fā)了熔敷道成形尺寸和加工參數(shù)的正反向預(yù)測算法。為消除起弧、弧端成形不良的現(xiàn)象,采用混合路徑成形閉合熔敷層,建立了熔敷道平行搭接模型和T字搭接模型。發(fā)現(xiàn)了熔敷道平行搭接過程中出現(xiàn)的道中心偏移現(xiàn)象。獲取了不同加工參數(shù)條件下熔敷道的偏移距離,建立模型對偏移距離進(jìn)行預(yù)測。驗證實驗結(jié)果表明,所建立的熔敷道平行、T字搭接模型可成形搭接良好、表面平整的閉合熔敷層。研究了多熔敷層疊加成形不同塊狀結(jié)構(gòu)的過程模... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

使用計算機軸向光刻技術(shù)實現(xiàn)3D物件全方位一次成形[47]

第1章緒論-5-增材制造方法[60]。為將金屬材料熔化，通常需要高能量密度熱源對進(jìn)給原材料進(jìn)行熔敷來實現(xiàn)。常見的熱源包括激光、電子束、電弧等。常見的進(jìn)給原材料狀態(tài)包括絲材和粉材等。不同的熱源配合不同的原材料狀態(tài)演變成了不同的金屬增材制造方法，如圖1-3所示。下面對不同技術(shù)的研究現(xiàn)狀分別進(jìn)行討論。圖1-3常見金屬增材制造方法[61]Fig.1-3Thecommonlyusedadditivemanufacturingtechnologiesformetalparts[61]1.3.1激光和電子束增材制造采用激光和電子束作為熱源的增材制造具有能量密度高、成形件變形孝加工精度高、可用于熔敷難熔及異種金屬等優(yōu)點。近二十年，激光和電子束增材制造技術(shù)發(fā)展迅速，實現(xiàn)了具有大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高精度及多種材料的零件加工。成形零件已廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源等關(guān)鍵領(lǐng)域。加拿大復(fù)合加工技術(shù)研究中心2006年就已經(jīng)成功采用激光送粉增材制造技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜零件的加工成形，并針對鎳基合金、不銹鋼、鈦合金等金屬零件的組織和性能展開深入研究。圖1-4為該研究機構(gòu)加工的鎳基合金殼體[62]。西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授采用激光熔敷方式成形C919鈦合金機翼中央翼緣條，長度5米，如圖1-5所示[63]。測試表明，該零件性能優(yōu)于鍛造件。2018年，美國南衛(wèi)理公會大學(xué)的Ding等人開發(fā)了基于機器人的激光送粉增材制造系統(tǒng)[64]，其基本原理如圖1-6a)所示。提出了堆積不同材料的策略以及加工過程檢測與控制的方法。成功制造了具有不同復(fù)雜形狀特性的金屬零件，如圖1-6b)所示。激光送絲增材制造使用激光在零件表面加熱形成穩(wěn)定熔池，絲材以一定的角度送入熔池中實現(xiàn)絲材的熔化和原材料的熔敷[65]。加工過程中，絲材以不同角度、不同方位伸入熔池對零件成形均有一定程度影響，工藝優(yōu)化策略及相關(guān)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-6-研究工作在文獻(xiàn)[66-68]中已經(jīng)進(jìn)行了充分討論。基于該項技術(shù)，意大利米蘭理工大學(xué)AliGkhanDemir采用微束激光和細(xì)絲相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了厚度為700~800μm的薄壁零件成形工藝，材料利用率約為100%[69]。加工的典型零件如圖1-7所示。Ding等人根據(jù)激光絲材金屬增材制造加工過程特點，開發(fā)了成形過程規(guī)劃軟件，實現(xiàn)了對復(fù)雜零件分層切片，路徑規(guī)劃，熔敷道成形改進(jìn)、修復(fù)臺階效應(yīng)及后處理等方面功能的自動計算[70]，成形零件如圖1-8所示。圖1-4激光熔敷NI-625殼體[62]Fig.1-4NI-625turboblade[62]圖1-5激光熔敷C919機翼關(guān)鍵零件[63]Fig.1-5ThefabricatedC919keypart[63]a)系統(tǒng)基本原理a)Schematicdiagramb)加工的典型零件b)Thefabricatedparts圖1-6激光送粉金屬增材制造系統(tǒng)[64]Fig.1-6Aschematicdiagramoflaserpowder-feedmetaladditivemanufacturingsystem[64]電子束增材制造過程中進(jìn)給材料受電子束的加熱后熔化，形成穩(wěn)定熔池沉積在基板上[71]。該項技術(shù)和激光增材相似，主要區(qū)別在于電子束增材需在真空爐中進(jìn)行，因此加工零件的尺寸受真空爐大小的制約。電子束增材制造技術(shù)理論上可以沉積所有導(dǎo)電材料，尤其適用于鋁、銅零件的加工。由于電子束能量密度集中，真空環(huán)境下堆敷過程干擾較小，該方法成形精度較高，可實現(xiàn)具有

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于TIG堆焊技術(shù)的熔焊成型軌跡規(guī)劃研究[D]. 胡瑢華.南昌大學(xué) 2007



本文編號：3225042