高精度大型选择性激光熔化3D打印机的升降平台系统研制

摘要

金属粉末选择性激光熔化（SLM）成形技术广泛应用于各行各业当中，其可以直接获得任意形状、高精度的致密金属零件，具有很大的发展前景。在《中国制造2025》中，对我国航空航天技术的创新发展做出了许多战略性规划，其中3D打印增材制造技术是其中的关键性技术之一。但现有的国内SLM金属3D打印设备的成形尺寸、效率以及精度都难以满足我国航空航天大型复杂结构零部件快速制造需求，所以研制出具有高效高精度的大型SLM成形设备，不仅对我国金属3D打印事业，同时也对我国航天航空事业具有重要的战略意义。
　　本论文研究内容源于国家863计划项目课题“高效高精度大型选择性激光熔化成形装备研制及其在航天中的应用”（课题编号：2015AA042501），课题最终目标为加工台面为2000mm×2000mm的SLM成形设备。在大尺寸且承载重的情况下，升降平台系统的精度控制和平稳性对SLM成形设备的加工影响很大，本文为了减少大型装备研制过程中的不确定影响因素，研制采用相同设计方案、加工台面规格为750mm×750mm的实验平台，为最终的升降平台系统提供了可行性依据。本文主要针对高效高精度的大型SLM成形设备的升降平台系统进行了深入研究，研究内容如下：
　　1、针对大尺寸且承载重的情况，对SLM成形设备的升降平台系统布局方案进行设计,对比分析后确定最终设计方案；结合驱动形式、多轴同步控制策略以及液压平衡等多方面技术，提出一种适用于大尺寸成形、高精度的多功能升降平台系统结构方案。
　　2、根据设计方案要求，为了降低驱动系统的力矩与承载，采用比例阀控制的液压平衡系统；通过AMEsim仿真软件对液压系统进行了仿真分析，其结果表明设计的液压系统能够使压力有效的快速跟随平台运动而达到稳定，为后续设计制造、采购选型提供理论依据。
　　3、利用三维绘图软件完成升降平台系统的具体结构设计，通过ANSYS软件对其整机进行有限元静力学分析与模态分析；研究了主从式与虚拟轴式同步控制方案的工作原理，并建立其数学模型，在Matlab/Simulink中对其进行模拟仿真。
　　4、对试验样机进行检测方案设计，包括：基板平面度检测，丝杠系统的定位精度检测以及平台倾斜与偏摆的误差检测。

目录

1绪论

1.1课题来源、背景及研究意义

1.2 SLM技术及设备研究现状

1.3升降平台系统关键技术

1.4本文研究目的及研究内容

2升降平台系统的总体方案设计

2.1 SLM成形设备的总体方案

2.2 升降平台系统设计方案的拟定

2.3 升降平台系统的具体方案设计

2.4 升降平台系统设计方案确定

2.5 本章小结

3 升降平台液压平衡系统方案设计与建模仿真

3.1 液压平衡系统方案设计

3.2液压系统建模仿真

3.3 本章小结

4 升降平台系统结构设计与有限元分析

4.1 升降平台系统的关键部件设计

4.2 升降平台系统整机静力学分析

4.3升降平台系统整机模态分析

4.4 本章小结

5试验样机升降平台系统误差检测

5.1试验样机升降平台系统检测流程及验收指标

5.2基板平面度检测

5.3 定位精度检测

5.4倾斜与偏摆误差检测

5.5本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2不足与展望

致谢

参考文献

附录