金属激光选区熔化设备关键技术研究

摘要

金属激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）快速成型技术是近几年发展起来的最具发展潜力的增材制造技术之一，因其成型工艺简单、力学性能良好、可直接成型任何复杂结构件等优点，已在生物医疗、航空航天及汽车模具等领域得到了广泛应用。然而，目前SLM技术仍然存在着相关设备铺粉效率低、成型精度不高等问题。针对上述问题，本文重点对SLM设备的铺粉机构、铺粉策略和成型缸机构等关键技术开展相关研究。
　　首先，根据SLM技术的工艺要求，提出了SLM设备的总体设计方案。其次，对影响SLM设备铺粉质量及铺粉效率的关键技术进行研究，主要包括铺粉机构结构设计、刮刀变位铺粉策略和成型缸机构结构设计三个方面。针对手工调平效率低、精度差的问题，本文设计了一套自动调平机构，此调平机构以光纤传感器作为检测元件来调整刮刀与基板间的距离；针对刮刀铺粉空行程多、效率低的问题，本文提出了一套刮刀变位铺粉策略，研究了铺粉位置与零件高度、零件摆放、铺粉层数的动态关系，并给出变位铺粉的数学模型；针对成型缸系统精度不高、可靠性差的问题，本文设计了一套平台升降机构，并通过有限元分析对其进行结构优化设计。最后，搭建了一套实验平台，主要包括仓体、底座、送粉系统、光路系统、粉末回收系统以及控制系统，通过此实验平台验证关键技术的可靠性。
　　本文所设计的自动调平机构，刮刀调平的设计精度可达到5μm，调平时间缩减至几秒钟。本文通过对刮刀变位铺粉策略的研究，以一个具体算例算得此策略的铺粉效率提高了49.9％。本文所设计的平台升降机构，基板运行的最大行程偏差可控制在6μm之内。本文所搭建的实验平台不仅能够验证关键技术的可靠性，而且还为以后的进一步研究提供了保障。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 金属激光选区熔化（SLM）技术

1.3 SLM设备的国内外研究现状

1.4 SLM技术存在的不足及研究意义

1.5 课题主要研究的内容

1.6 本章小结

第2章 金属激光选区熔化设备的总体方案设计

2.1 金属激光选区熔化设备的工作原理

2.2 金属激光选取熔化设备的系统组成

2.3 控制系统方案设计

2.4 光路系统方案设计

2.5 机械系统方案设计

2.6 本章小结

第3章 铺粉系统结构设计

3.1 铺粉系统方案设计

3.2 铺粉机构结构设计

3.3 自动调平机构结构设计

3.4 自动调平机构的调平过程及调平精度

3.5 本章小结

第4章 刮刀变位铺粉策略

4.1 刮刀变位铺粉策略的提出

4.2 铺粉区域及粉末用量

4.3 铺粉策略

4.4 本设备铺粉系统的铺粉策略

4.5 刮刀变位铺粉方式的铺粉效率

4.6 本章小结

第5章 成型缸系统结构设计

5.1 升降机构机构设计

5.2 基板预热系统设计

5.3 成型腔结构设计

5.4 成型缸系统的受力分析及优化

5.5 本章小结

第6章 金属激光选区熔化设备实验平台的搭建

6.1 仓体结构设计

6.2 底座结构设计

6.3 送粉系统结构设计

6.4 光路系统结构设计

6.5 粉末回收系统

6.6 实验平台的控制系统设计

6.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢