用于激光熔覆直接成形的载气式送粉器研制

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快速成型技术是八十年代发展起来的一种基于材料累加思想的新型制造技术,涉及机械、CAD、控制、光学、材料科学等多学科多领域。它可以实现直接从CAD模型到三维实体模型的制作,而不需要任何刀具。该技术广泛应用于对产品设计进行快速评价、修改及功能实验,有效缩短了产品的研发周期。 金属粉末激光熔覆直接成形技术打破了原有的成形工艺及成形材料的局限性,因其能直接制造全密度金属功能零件,而被称为真正意义上的快速成型,正成为快速成型技术的研究的热点。金属功能零件的尺寸精度和表面质量是金属粉末激光熔覆直接成形技术研究中最关注的问题。在金属粉末激光熔覆直接成型中金属粉末是由送粉器输送到高功率激光在基体表面形成的熔池中的。激光熔覆层的质量直接依赖于粉末的输送精度,稳定性,即使非常微小的送粉偏差也会导致熔覆层几何形状、表面光洁度的明显改变。因此,送粉器作为金属粉末激光熔覆直接成形设备的核心部件之一,国内外对其进行了大量的研究。 本论文首先从快速成型技术的原理及发展出发,并就金属粉末激光直接成形的特点,分析了目前激光熔覆中常用的送粉器,在金属粉末激光熔覆及粉体气动输送理论的基础上,综合了机械设计、机电控制理论,研制了一种新型的载气式送粉器。送粉器为载气式转盘送粉器。通过PCI1240运动控制卡驱动步进电机,带动与之同轴的蜗杆转动(蜗杆与电机轴间以挠性连轴器连接),蜗杆驱动与转盘同轴的蜗轮转动。送粉桶内粉末随着转盘的旋转而均布在转盘的沟槽中,当沟槽中粉末到达出粉口时,封闭送粉腔内气体的压力带动粉末送出。 实验部分选用镍基粉末和不锈钢粉末作了气动送粉实验,对送粉器性能作了测试,获得了理想的效果。又用镍基粉末,利用MPLS激光加工中心,在A3板上进行了激光熔覆实验,分析了激光熔覆工艺参数对熔覆质量及粉末利用率的影响,确定了激光熔覆直接成型技术的最佳参数,并采用最佳工艺参数成功制造了两个功能性试件,证明了此送粉器具有较好的激光熔覆送粉能力,能保证金属粉末激光熔覆直接成形技术的需要。
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