【摘 要】
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近年来,增材制造技术得到了广泛关注与飞速发展。作为增材制造技术的重要分支,激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)因具备加工成本低、力学性能优良等诸多优点,
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近年来,增材制造技术得到了广泛关注与飞速发展。作为增材制造技术的重要分支,激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)因具备加工成本低、力学性能优良等诸多优点,已在航空、航天、生物医疗、模具制造等相关制造领域得到了初步应用。然而,目前商业化的SLM成形设备开放程度有限,难以实现加工工艺参数的任意调节,难以全方位开展SLM成形机理研究及熔道分析试验,难以实现陶瓷等新材料的成形工艺开发。本文探索并开发自主的SLM试验平台,实现工艺参数的任意调节和新材料的实验测试,从而为研究SLM成形机理打下基础。本文将SLM试验平台划分为激光器与扫描系统、铺粉系统、气氛保护系统和运动控制四个模块。从实验室需求,确定试验平台的关键技术指标,对各个模块进行功能阐述和方案设计。铺粉系统是SLM试验平台的关键环节,本文提出了成形缸铺粉进给系统的机械结构设计和控制仿真方案。在伺服电机、滚珠丝杆等关键部件选件校核基础上分别建立铺粉进给系统的有限元模型和控制仿真模型。针对导柱直径、安装位置以及滚珠丝杆安装方式等设计结合ANSYS有限元软件进行结构应力应变分析以优化结构;同时模拟辊子铺粉过程产生的不同压力对铺粉进给系统的结构精度影响。根据建立的控制模型,利用Simulink软件设计PID控制器进行控制仿真分析以提高铺粉控制精度、减少稳态误差;并以M2成形设备为验证对象,以该铺粉系统的参数作为模型参数,根据铺粉精度测试验证控制模型的正确性。最后,从有限元温度场模拟和实验两方面具体分析陶瓷材料SLM成形工艺预热的必要性。并通过分析选用合适的隔热材料对铺粉系统进行有效的隔热保护。
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