基于激光选区熔化快速制造的零件模型重构与结构再设计方法研究

摘要

增材制造技术作为一种全新的制造技术，正在逐步渗入到机械制造的诸多领域，有效补充和扩展机械零件的多样化设计和加工方式。激光选区熔化技术(Selective laser melting, SLM)是一项能够直接制造金属零件的增材制造技术，能够制造出具有复杂形状结构、复杂内结构以及良好力学性能的金属零件。目前对SLM技术的相关研究多集中在材料、设备、工艺上，而对全新制造技术所带来的设计方法的改变研究较少，特别是在基于传统零件外形所开展的零件轻量化快速制造设计方法方面。本文利用SLM制造复杂结构的优势，研究采用SLM技术对零件进行结构再设计，以期在满足性能要求的前提下达到轻量化快速制造的目的。
　　本文的主要研究内容包括：
　　1．分析了采用SLM技术制造零件的现状及现有SLM零件轻量化快速制造方法存在的问题。并确定了“蒙皮—骨架”式的零件轻量化快速制造方法。
　　2．采用基于轮廓特征的多反求方法集成的零件逆向数据采集方式，采用匹配优度选取最优采集方法，以复杂曲面零件与典型机械零件为例进行了逆向数据采集与模型重构，实现了零件的模型重构，为零件结构重构提供实体模型基础。
　　3．对 SLM成型试件的力学性能进行试验，研究了小尺寸点阵结构的屈服破坏形式，验证其扩散式破坏以及结构不可靠的的问题。分析了不同尺寸参数结构件的屈服过程随尺寸结构参数的变化趋势，用以指导SLM零件再设计。
　　4．提出了基于零件拆分结构等强度重构设计的思想方法对零件内部结构进行重构，得到了强度性能达标、结构针对性强、使用效率高的轻质化零件。
　　5．对提出的零件重构再设计方法进行改进设计，建立了考虑零件刚度和整体性的主骨架设计思想方法。
　　6．根据零件重构再设计思想方法对典型零件如挡铁、连接盘等进行重构再设计，并进行有限元分析。采用SLM制造出上述重构设计零件并开展相关应用试验，试验结果反映该方法零件轻量化快速制造效果良好，试验效果佳。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 SLM制造技术及其应用

1.3 基于SLM的零件模型重构与快速制造技术

1.4 论文研究内容及组织结构

第二章 零件实体模型重构

2.1 引言

2.2 零件模型重构方法

2.3 零件模型重构应用

2.4 本章小结

第三章 SLM成型结构制造性能基础实验

3.1 引言

3.2 SLM加工及成型性能

3.3 SLM成型结构性能实验

3.4 本章小结

第四章 零件结构再设计方法及SLM制造应用

4.1 引言

4.2 零件结构再设计方法

4.3 零件内结构再设计与SLM制造应用

4.4 本章小结

第五章 采用主骨架结构的再设计方法改进与应用

5.1 引言

5.2 采用主骨架结构的再设计方法

5.3 改进再设计方法应用与SLM制造

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果