為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬梯度材料零件制造技術(shù)的難題,對成分梯度材料零件的激光選區(qū)熔化成型方法展開了研究。通過零件梯度設(shè)計(jì)法結(jié)合多組掃描路徑數(shù)據(jù)文件及一個(gè)txt格式文件,實(shí)現(xiàn)了成分梯度材料零件增材制造數(shù)據(jù)的獲取;通過雙軸擺動的粉末實(shí)時(shí)混合均布裝置實(shí)現(xiàn)了梯度成分粉末的實(shí)時(shí)混合及均布;采用柔性清掃回收原理解決激光選區(qū)熔化制造梯度材料零件時(shí)同層內(nèi)不同粉末的清理回收問題。利用自主研發(fā)的梯度材料零件激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)展開了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。獲得了4340+CuSn10梯度材料零件,顏色上呈明顯的梯度過渡,對其前側(cè)面及上表面進(jìn)行EDS分析,發(fā)現(xiàn)中間3個(gè)梯度區(qū)域Fe的平均質(zhì)量百分比在垂直方向分別為4.94%,36.49%,59.16%,在水平方向分別為12.88%,41%,53.59%,在不同層之間、同一層不同區(qū)域之間均呈梯度變化。該方法可實(shí)現(xiàn)成分梯度材料零件自由增材制造,為該類零件的制造提供了新的選擇。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

粉末實(shí)時(shí)混合均布裝置(拆去氣密外罩)

根據(jù)上述成分分布函數(shù),可將整個(gè)成分梯度材料零件的幾何結(jié)構(gòu)分解為有限個(gè)幾何子模型的并集,利用幾何子模型各區(qū)域材料的體分比加權(quán)平均值作為其材料信息,將它離散化為n個(gè)具有材料屬性的子模型的裝配體,用于控制成型。如圖1所示,在采用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)其組成成分的變化,以軸線為梯度源,將三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成5個(gè)子材料三維模型,通過組裝各子材料三維模型,獲得一個(gè)完整的成分梯度材料零件的三維模型。2.2 增材制造數(shù)據(jù)的獲取方法

對成分梯度材料零件的三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將梯度材料零件的幾何結(jié)構(gòu)特征與材料特征組合,建立幾何子模型到材料信息空間的映射關(guān)系,獲取其增材制造數(shù)據(jù),如圖2所示。先記錄梯度材料零件三維模型中各子材料三維模型的中心坐標(biāo),在切片軟件中打開各子材料三維模型,通過移位使各子材料三維模型的中心坐標(biāo)與它在梯度材料零件三維模型中的中心坐標(biāo)一致,完成模型數(shù)據(jù)的移位處理;然后可對各子材料三維模型進(jìn)行切片處理,獲得各子材料三維模型的CLI(Common Layer Interface)數(shù)據(jù)文件。對CLI文件進(jìn)行掃描路徑規(guī)劃,并生成激光掃描路徑,每一CLI文件對應(yīng)生成一組掃描路徑,一組掃描路徑可由m個(gè)HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language)文件組成(m為對應(yīng)CLI切片文件的層數(shù)),每個(gè)HPGL文件用于描述對應(yīng)子材料模型一個(gè)層片的掃描路徑。由于零件為梯度材料零件,不同部位材料的組成成分不同,因此,針對所有子材料三維模型創(chuàng)建一個(gè)txt格式的材料文件,在該文件中添加以Mat作為起始字符的材料信息,每組掃描路徑對應(yīng)一行材料信息。采用兩個(gè)定量供粉漏斗供給粉末,通過一根帶槽的輥軸的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粉末供給,每旋轉(zhuǎn)一圈,即泄出定量容積的粉末,該定量容積可稱為基礎(chǔ)容積。例如“Mat02 1∶3”,表示02子模型采用的材料成分是由1倍基礎(chǔ)容積的材料A和3倍基礎(chǔ)容積的材料B混合而成。因此,如圖1 中的成分梯度材料零件的材料文件,可先建立5種材料編號:Mat01為100%A,Mat02為75%A+25%B,Mat03為50%A+50%B,Mat04為25%A+75%B,Mat05為100%B。再建立一個(gè)Mat.txt的文件,在文件中寫入如下表達(dá):Mat01 4∶0;Mat02 3∶1;Mat03 2∶2;Mat04 1∶3;Mat05 0∶4。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]梯度功能材料零件CAD建模和熔積路徑規(guī)劃研究[D]. 陳曄.華中科技大學(xué) 2008



本文編號：3106965