基于壓電效應(yīng)的智能刮刀在線監(jiān)測技術(shù)研究
發(fā)布時間:2021-01-02 00:05
增材制造(AM)技術(shù)以其獨(dú)特的可以控制構(gòu)建任意復(fù)雜的宏/微觀結(jié)構(gòu)的能力被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)制備領(lǐng)域,其又被稱為3D打印技術(shù),有著各種不同的工藝類別。其中,激光選區(qū)熔化技術(shù)(SLM技術(shù))可以制造出高密度、高精度、性能出色和工藝穩(wěn)定的工件,備受業(yè)界關(guān)注,F(xiàn)階段SLM技術(shù)在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的粉末不均、熔點(diǎn)突出、加工件翹曲等問題,會嚴(yán)重影響到鋪粉質(zhì)量,進(jìn)而影響到成型工件質(zhì)量,為了提高激光選區(qū)熔化成形的效率和質(zhì)量,本論文基于傳統(tǒng)的壓電效應(yīng)完成了智能刮刀監(jiān)測技術(shù)的研究。在本論文中主要完成了以下工作:(1)完成了對傳統(tǒng)壓電阻抗法檢測技術(shù)理論的研究,并根據(jù)此理論做出了相關(guān)應(yīng)用的技術(shù)仿真;(2)創(chuàng)新地完成了兩套智能刮刀的設(shè)計,可以有效地提高智能刮刀監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度;(3)完成了兩個版本智能刮刀監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā),其中包括實驗室驗證系統(tǒng)版本和工業(yè)上線系統(tǒng)版本;(4)根據(jù)系統(tǒng)的功能測試與數(shù)據(jù)分析,對系統(tǒng)展開了性能優(yōu)化,將實驗室系統(tǒng)的測試靈敏度最高提升至10μm。通過本論文的工作,實現(xiàn)了在SLM技術(shù)中刮刀工作狀態(tài)及鋪粉質(zhì)量的監(jiān)測,并為后續(xù)增材制造智能化奠定了基礎(chǔ)。
【文章來源】:電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
SLM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4面積小于同等體積的半圓球形與熔池表面的接觸面積,液狀物更傾向于以球體狀態(tài)存在,此時液狀物不能在粉床或半成型件表面均勻展開,固狀物無法被濕潤,導(dǎo)致球形化。2.翹曲變形在SLM的多層沉積技術(shù)中,由于其加工期間存在的高溫度梯度,加工件內(nèi)部通常會出現(xiàn)復(fù)雜的殘余應(yīng)力(RS),在制造過程中,上一層因為高溫會出現(xiàn)膨脹,而下一層會冷卻下來并收縮,將這一現(xiàn)象擴(kuò)展到多層,最終會導(dǎo)致沿制造方向的較高的溫度梯度。在生產(chǎn)制造期間,溫度梯度導(dǎo)致零件各部分的膨脹和收縮程度不同,零件內(nèi)部存在熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力[38-39],因此,在制造期間的高溫度梯度下,當(dāng)零件內(nèi)部支撐或基板無法承受多層的內(nèi)部應(yīng)力積累時,就會發(fā)生分層和翹曲變形的情況,如圖1-3所示為金屬零件發(fā)生翹曲分離開基板的實物圖[40]。圖1-3零件翹曲與基板分離[40]加工件的翹曲變形會給零件甚至是SLM設(shè)備運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,如圖1-4所示為零件1和零件2的加工設(shè)計圖與成型件的效果對比[40],成型件發(fā)生了嚴(yán)重的變形現(xiàn)象;而且在零件的后續(xù)使用中,往往也伴隨著殘余應(yīng)力的釋放導(dǎo)致零件的后續(xù)變形,影響工件的性能及使用壽命。(a)(b)(c)(d)圖1-4加工設(shè)計圖與成型件對比[40]。(a)零件1設(shè)計圖;(b)零件1實物圖;(c)零件2設(shè)計圖;(d)零件2實物圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4面積小于同等體積的半圓球形與熔池表面的接觸面積,液狀物更傾向于以球體狀態(tài)存在,此時液狀物不能在粉床或半成型件表面均勻展開,固狀物無法被濕潤,導(dǎo)致球形化。2.翹曲變形在SLM的多層沉積技術(shù)中,由于其加工期間存在的高溫度梯度,加工件內(nèi)部通常會出現(xiàn)復(fù)雜的殘余應(yīng)力(RS),在制造過程中,上一層因為高溫會出現(xiàn)膨脹,而下一層會冷卻下來并收縮,將這一現(xiàn)象擴(kuò)展到多層,最終會導(dǎo)致沿制造方向的較高的溫度梯度。在生產(chǎn)制造期間,溫度梯度導(dǎo)致零件各部分的膨脹和收縮程度不同,零件內(nèi)部存在熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力[38-39],因此,在制造期間的高溫度梯度下,當(dāng)零件內(nèi)部支撐或基板無法承受多層的內(nèi)部應(yīng)力積累時,就會發(fā)生分層和翹曲變形的情況,如圖1-3所示為金屬零件發(fā)生翹曲分離開基板的實物圖[40]。圖1-3零件翹曲與基板分離[40]加工件的翹曲變形會給零件甚至是SLM設(shè)備運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,如圖1-4所示為零件1和零件2的加工設(shè)計圖與成型件的效果對比[40],成型件發(fā)生了嚴(yán)重的變形現(xiàn)象;而且在零件的后續(xù)使用中,往往也伴隨著殘余應(yīng)力的釋放導(dǎo)致零件的后續(xù)變形,影響工件的性能及使用壽命。(a)(b)(c)(d)圖1-4加工設(shè)計圖與成型件對比[40]。(a)零件1設(shè)計圖;(b)零件1實物圖;(c)零件2設(shè)計圖;(d)零件2實物圖
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]金屬激光選區(qū)熔化(SLM)技術(shù)及設(shè)備概況[J]. 尚廣慶,梁偉. 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[2]選擇性激光熔化成形TC4鈦合金開裂行為及其機(jī)理研究[J]. 張升,桂睿智,魏青松,史玉升. 機(jī)械工程學(xué)報. 2013(23)
[3]選擇性激光熔化成形關(guān)鍵基礎(chǔ)問題的研究進(jìn)展[J]. 李瑞迪,魏青松,劉錦輝,史玉升,袁鐵錘. 航空制造技術(shù). 2012(05)
[4]SLM激光快速成型設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)[J]. 陳光霞,曾曉雁. 機(jī)械設(shè)計與制造. 2010(08)
[5]基于壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的電壓信號變送原理[J]. 許韋華,鮑海,楊以涵,魏孝銘. 電力系統(tǒng)自動化. 2010(04)
[6]PZT-混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測敏感因子提取試驗[J]. 劉智,閻石,孫威. 水利與建筑工程學(xué)報. 2010(01)
[7]智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在土木工程中的應(yīng)用[J]. 曹照平,王社良. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報. 2001(01)
[8]土木工程智能結(jié)構(gòu)體系的研究與發(fā)展[J]. 歐進(jìn)萍,關(guān)新春. 地震工程與工程振動. 1999(02)
博士論文
[1]選區(qū)激光熔化成型不銹鋼零件特性與工藝研究[D]. 王迪.華南理工大學(xué) 2011
[2]金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究[D]. 李瑞迪.華中科技大學(xué) 2010
碩士論文
[1]選擇性激光熔化金屬零件翹曲變形的研究[D]. 祝彬彬.浙江工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于視覺的激光選區(qū)熔化成形鋪粉質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 張鵬.華中科技大學(xué) 2017
[3]激光選區(qū)熔化鋪粉系統(tǒng)設(shè)計研究[D]. 崔祎赟.南京理工大學(xué) 2016
[4]選區(qū)激光熔化制備多孔不銹鋼材料工藝與特性研究[D]. 李鵬.中北大學(xué) 2014
本文編號:2952248
【文章來源】:電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
SLM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4面積小于同等體積的半圓球形與熔池表面的接觸面積,液狀物更傾向于以球體狀態(tài)存在,此時液狀物不能在粉床或半成型件表面均勻展開,固狀物無法被濕潤,導(dǎo)致球形化。2.翹曲變形在SLM的多層沉積技術(shù)中,由于其加工期間存在的高溫度梯度,加工件內(nèi)部通常會出現(xiàn)復(fù)雜的殘余應(yīng)力(RS),在制造過程中,上一層因為高溫會出現(xiàn)膨脹,而下一層會冷卻下來并收縮,將這一現(xiàn)象擴(kuò)展到多層,最終會導(dǎo)致沿制造方向的較高的溫度梯度。在生產(chǎn)制造期間,溫度梯度導(dǎo)致零件各部分的膨脹和收縮程度不同,零件內(nèi)部存在熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力[38-39],因此,在制造期間的高溫度梯度下,當(dāng)零件內(nèi)部支撐或基板無法承受多層的內(nèi)部應(yīng)力積累時,就會發(fā)生分層和翹曲變形的情況,如圖1-3所示為金屬零件發(fā)生翹曲分離開基板的實物圖[40]。圖1-3零件翹曲與基板分離[40]加工件的翹曲變形會給零件甚至是SLM設(shè)備運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,如圖1-4所示為零件1和零件2的加工設(shè)計圖與成型件的效果對比[40],成型件發(fā)生了嚴(yán)重的變形現(xiàn)象;而且在零件的后續(xù)使用中,往往也伴隨著殘余應(yīng)力的釋放導(dǎo)致零件的后續(xù)變形,影響工件的性能及使用壽命。(a)(b)(c)(d)圖1-4加工設(shè)計圖與成型件對比[40]。(a)零件1設(shè)計圖;(b)零件1實物圖;(c)零件2設(shè)計圖;(d)零件2實物圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4面積小于同等體積的半圓球形與熔池表面的接觸面積,液狀物更傾向于以球體狀態(tài)存在,此時液狀物不能在粉床或半成型件表面均勻展開,固狀物無法被濕潤,導(dǎo)致球形化。2.翹曲變形在SLM的多層沉積技術(shù)中,由于其加工期間存在的高溫度梯度,加工件內(nèi)部通常會出現(xiàn)復(fù)雜的殘余應(yīng)力(RS),在制造過程中,上一層因為高溫會出現(xiàn)膨脹,而下一層會冷卻下來并收縮,將這一現(xiàn)象擴(kuò)展到多層,最終會導(dǎo)致沿制造方向的較高的溫度梯度。在生產(chǎn)制造期間,溫度梯度導(dǎo)致零件各部分的膨脹和收縮程度不同,零件內(nèi)部存在熱應(yīng)力以及殘余應(yīng)力[38-39],因此,在制造期間的高溫度梯度下,當(dāng)零件內(nèi)部支撐或基板無法承受多層的內(nèi)部應(yīng)力積累時,就會發(fā)生分層和翹曲變形的情況,如圖1-3所示為金屬零件發(fā)生翹曲分離開基板的實物圖[40]。圖1-3零件翹曲與基板分離[40]加工件的翹曲變形會給零件甚至是SLM設(shè)備運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響,如圖1-4所示為零件1和零件2的加工設(shè)計圖與成型件的效果對比[40],成型件發(fā)生了嚴(yán)重的變形現(xiàn)象;而且在零件的后續(xù)使用中,往往也伴隨著殘余應(yīng)力的釋放導(dǎo)致零件的后續(xù)變形,影響工件的性能及使用壽命。(a)(b)(c)(d)圖1-4加工設(shè)計圖與成型件對比[40]。(a)零件1設(shè)計圖;(b)零件1實物圖;(c)零件2設(shè)計圖;(d)零件2實物圖
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]金屬激光選區(qū)熔化(SLM)技術(shù)及設(shè)備概況[J]. 尚廣慶,梁偉. 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
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[5]基于壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的電壓信號變送原理[J]. 許韋華,鮑海,楊以涵,魏孝銘. 電力系統(tǒng)自動化. 2010(04)
[6]PZT-混凝土結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測敏感因子提取試驗[J]. 劉智,閻石,孫威. 水利與建筑工程學(xué)報. 2010(01)
[7]智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在土木工程中的應(yīng)用[J]. 曹照平,王社良. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報. 2001(01)
[8]土木工程智能結(jié)構(gòu)體系的研究與發(fā)展[J]. 歐進(jìn)萍,關(guān)新春. 地震工程與工程振動. 1999(02)
博士論文
[1]選區(qū)激光熔化成型不銹鋼零件特性與工藝研究[D]. 王迪.華南理工大學(xué) 2011
[2]金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究[D]. 李瑞迪.華中科技大學(xué) 2010
碩士論文
[1]選擇性激光熔化金屬零件翹曲變形的研究[D]. 祝彬彬.浙江工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于視覺的激光選區(qū)熔化成形鋪粉質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 張鵬.華中科技大學(xué) 2017
[3]激光選區(qū)熔化鋪粉系統(tǒng)設(shè)計研究[D]. 崔祎赟.南京理工大學(xué) 2016
[4]選區(qū)激光熔化制備多孔不銹鋼材料工藝與特性研究[D]. 李鵬.中北大學(xué) 2014
本文編號:2952248
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