金属构件选区激光熔化快速成型铺粉控制系统研究

选区激光熔化（SLM,Selective Laser Mching)技术是直接将选区内金属或合金粉末逐层熔化,堆积成一个冶金结合,组织致密的实体,其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理可直接作模具。本文是在自行研制的国内首台金属构件直接选区激光熔化实验样机设备基础上,介绍分析了该设备的控制系统,重点介绍了选区激光熔化设备铺粉控制系统,它是该技术能否达到预期目标的关键因素之一,并且对其铺粉精度进行了试验验证,为金属构件直接选区激光熔化成型工艺研究奠定了基础。     

激光选区熔化的自动铺粉机构设计与应用

激光选区熔化技术大多采用导轨-滑块的形式实现铺粉动作,因金属粉末极细容易污染传动副,造成设备卡顿故障,影响加工精度等。为解决以上问题,设计一种基于平面四连杆机构的铺粉机构。该机构采用平面双摇杆的原理,通过电机驱动主动杆运动,带动双摇杆往复摆动,再带动铺粉刮刀往复运动,实现铺粉。利用有限元软件对该机构进行仿真分析,并拓扑优化设计,得到合理的零部件。经大量试验验证表明：该机构结构简单,克服了粉末污染传动副问题,传动稳定性好,对铺粉面有自压紧作用。此外,刮刀更换方便,可适用于单向或双向铺粉,适用性较强。     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。     

选区激光烧结设备成型缸传动系统及铺粉精度的研究

成型缸传动系统是影响选区激光烧结铺粉精度的关键因素,根据铺粉工艺过程,确定成型缸传动系统总体方案,并建立传动系统模型.根据铺粉参数要求,详细介绍了传动系统动力参数的计算及步进电机的选用.最后对传动系统进行了静态定位误差的分析,以确保选区激光烧结设备铺粉精度符合要求.     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

选择性激光熔化激光快速成型铺粉装置设计

叙述了利用现有条件,自行设计、制造的一套铺粉装置的基本组成和工作原理;论述了铺粉装置设计中的若干关键技术,如活塞导向装置设计、缸体结构设计,刮板的材料选择及结构设计等。该铺粉装置已成功应用于实际加工,取得了良好的铺粉效果。     

选择性激光熔化铺粉装置的优化设计北大核心

叙述了新设计的铺粉装置的工作原理。介绍了铺粉装置设计中的两点改进:铺粉刮刀的设计和落粉盒的设计。该铺粉装置将原有的两缸工作模式改为单缸工作模式,使用落粉盒进行粉末供给,从而减小设备体积,降低设备成本。已成功应用于实际制造。     

选区激光熔化快速成型系统及工艺研究

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术.描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求.经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性.     

激光选区烧结中铺粉过程分析

在激光选区烧结(SLS)过程中,铺粉对烧结成形的顺利进行和烧结成形质量都具有重要的影响,为此,对辊式铺粉过程进行了深入分析,并且用数学方法对铺粉过程进行了描述.在分析的基础上,还提出影响铺粉过程的主要参数,结合实验和分析手段研究了这些参数对铺粉过程的影响规律,并给出参数的优化组合.     

沉淀硬化型不锈钢的选区激光熔化成形研究

采用选区激光熔化工艺成形沉淀硬化型不锈钢材料,并对成形样件的组织和常规力学性能进行了研究。金相分析显示,不锈钢基体主要为马氏体组织,基体上伴有一些沉淀相析出,晶界附近有细小均匀的合金碳化物,分析结果很好地解释了成形样件的力学性能指标为何优于一般锻件。在夹杂物测定方面,成形工艺处于密闭腔内,很少引入杂质元素,样件十分纯净。     

基于Matlab GUI的超声电机控制系统串口通信研究

针对含超声电机的二元翼段颤振主动控制系统的状态响应以及各传感器信号反馈输入的监测与控制问题,对DSP的SCI模块和中断服务设置进行了研究,设计了基于RS-232通信协议和Matlab图形用户界面技术的串口通信数据监控界面。通过设置DSP控制器的SCI模块,把DSP控制器的SCI模块接口与PC机的串行口连接起来,成功地解决了控制系统中微处理器与PC间的通信问题,实现了DSP与PC之间数据的高速通信和信号的实时处理。利用二元翼段颤振主动控制系统对该界面进行了相关测试和性能评价。实验结果表明,该串口控制界面运行稳定,能够设置多种通信参数,通过与DSP系统SCI模块的数据通信能实时控制超声电机的启动与停止,包括控制律的切换以及快速准确地显示各传感器的振动波形响应曲线。     

SLM铺粉设备的误差分析及控制方法

自行设计、制造了一套铺粉装置。介绍了该铺粉装置的主要组成和工作原理;重点分析了铺粉装置的误差来源:如刮板刃口的直线度和运动误差、成型缸活塞运动误差、基板平面与推动丝杠轴线的垂直度等。提出了误差的计算方法,重点论述了刮板运动误差的放大效应,给出了计算公式。实践表明:可以通过采用专业高精度线性模组等措施控制、消除误差。     

Balling behavior of stainless steel and nickel powder during selective laser melting process

Balling phenomenon, as a typical selective laser melting (SLM) defect, is detrimental to the forming quality. In this work, a detailed investigation into the balling behavior of selective laser melting of stainless steel and pure nickel powder was conducted. It was found that the SLM balling phenomenon can be divided into two types generally: the ellipsoidal balls with dimension of about 500?μm and the spherical balls with dimension of about 10?μm. The former is caused by worsened wetting ability and detrimental to SLM quality; the latter has no obvious detriment to SLM quality. The oxygen content plays an important role in determining the balling initiation, which can be considerably lessened by decreasing the oxygen content of atmosphere to 0.1%. A high laser line energy density, which can be obtained by applying high laser power and low scan speed, could enable a well-wetting characteristic. The effect of scan interval on balling initiation is not obvious as long as the scan track is continuous. The surface remelting procedure can also alleviate the balling effect in a certain extent, due to the melting and wetting of metal balls. Moreover, the balling phenomenon of pure nickel was also studied, and the results implied that the balling discipline had a universality.     

水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中的几何误差研究

以316L不锈钢金属粉末为原料,利用激光选区熔化成型技术试制某潜水泵用叶轮。针对水泵叶轮激光选区熔化成型加工中出现的几何误差,分析水泵叶轮出现几何误差的原因。通过设计工艺试验,探究水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中几何误差的产生规律,建立水泵叶轮的几何误差模型,确定引起水泵叶轮成型精度的主要因素有:切片处理产生的误差、激光深穿透产生的误差、外边框凸起产生的误差、材料收缩变形产生的误差、粉末的杂质引起误差和成型缸升降产生的误差,采用后处理和补偿成型缸位移量,解决水泵叶轮几何误差。研究结果表明:当成型缸位移量为0.02823 mm时,所成型的水泵叶轮加工精度符合制造要求。     

金属选区激光熔化成型设备控制系统设计

根据金属选区激光熔化成型设备的工作原理和控制要求,设计了以MCP控制平台为核心的控制系统。介绍了MCP控制平台的主要接口及其与激光器、振镜和步进电动机等主要执行元件的硬件连接;详细阐述了MCP控制平台主要配置开发过程,给出了激光扫描、铺粉、成型仓环境控制和人机界面(Human Machine Interface,HMI)信息交互等主要工艺的控制方式。经样机生产验证,该控制系统硬件结构简单,基于API函数的脚本开发方便快捷,系统研发周期短,运行稳定,适合工业化应用。     

选区激光熔化工艺参数对Ti6Al4V粉末成型性的影响

以Ti6Al4V钛合金粉末为研究对象,在单层扫描和单道扫描实验的基础上,研究SLM工艺参数对Ti6Al4V合金材料成型性的影响,并进行了块体成型实验,通过设计正交试验及观察试样的形貌和致密度分析,最终得到Ti6Al4V合金粉末SLM块体成型的最佳工艺参数为:激光功率400W、搭接率1、扫描速度750mm/min,其致密度可以达到96.17％.     

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。     

DLF与SLM激光快速成型方法的比较研究

分别采用激光直接制造(DLF)技术和选择性激光熔化(SLM)技术对不锈钢材料进行一系列的激光快速成型实验,根据实验结果,对比分析DLF和SLM两种方法在成形机理、成型精度、成型效率、适用场合、成型件的力学性能和组织结构等方面的异同。结果表明,SLM技术的成型精度要优于DLF技术;两者成型件都具有较高的力学性能,均优于普通不锈钢;SLM与DLF成型件组织性能基本相同;如果切片层厚相同,SLM的成型效率高于DLF;DLF主要用于粗加工或零件修复等场合,而SLM可用于精密、复杂零件的制造。