电弧增材制造中空间曲面等距路径规划算法

基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一. 相比于平面路径规划,在曲率任意变化的复杂空间曲面上进行路径规划算法研究较少,尤其是等距路径规划算法. 提出了一种基于体素化和曲线积分思想的空间曲面等距路径规划算法,算法主要包括体素化模型、计算体素点到源曲线的测地距离、生成增材路径等步骤. 该算法精度可控,其精度主要由模型体素化密度决定;与扫描线法相比,从根本上避免了平移路径时由于局部和全局自相交生成的无效环,提高了计算效率. 最后,选取3种典型曲面,分别为由平面组成的简单曲面、圆柱曲面、B样条曲面,进行空间曲面等距路径规划,已验证算法的适用性,并在圆筒试件上进行曲面分层GMAW电弧增材验证试验. 结果表明,该算法可以满足电弧增材制造的精度要求.     

矿用链轮链窝电弧增材制造路径规划

针对曲率较大的链窝表面的增材制造,提出了曲面分层的方案。对即将增材的区域进行分层设计和施焊路径规划,得到的路径点平滑连续,能够很好地适应链窝曲面。结果表明,施焊时机器人各轴运动平缓,焊枪行走平稳,不存在速度突变。堆敷层表面均匀平整,与链窝曲面吻合度高,边缘焊道与周围轮廓相适应好,未出现缺肉及超出轮廓边缘的情况,表明路径规划算法能较好地适用于链窝曲面增材制造过程。     

典型薄壁结构件增材制造焊接路径规划优化算法

针对复杂曲面薄壁件的电弧增材制造引入有理B样条曲线求取成形轨迹.首先根据预制件三维模型提取轮廓数据建立轨迹曲线方程,自动生成成形路径;然后通过边缘曲线方程计算预制件在z轴方向上偏移量,进行高度补偿预测,提高分层精度,实现基于高度预测的分层算法优化.另一方面针对具有相交特征的薄壁件交叉点处焊高过高等问题,基于相反、相切成...     

基于空间轨迹规划与切片的GTAW填丝增材制造成形控制

增材制造是基于3D模型逐层堆积以制造产品的过程。当前复杂零件的加工制造相对较难,文中提出了路径轨迹与切片联合的方法自动控制成形。通过建立模型,并对模型进行切片处理。试验以钨极气体保护焊为热源,6轴机器人为控制端。将基底坐标变换至钨极坐标,以模型切片后生成的路径轨迹为钨极坐标运动轨迹,实现最终的堆垛成形。基于路径规划与切片联合使用和传统钨极气体保护焊填丝增材制造试验表明：采用切片与路径规划对成形有较好的控制效果。比较实体结构件与三维模型之间的差异发现：实体结构件与模型的边长尺寸精度相同,壁厚较模型大1 mm,结构件与模型长度和厚度的精度较高,总体的高度较模型的高度低5 mm。     

基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统

为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性,使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源,通过Python自主编程利用开源切片软件Cura,成功搭建了电弧增材制造系统,自主开发了电弧增材制造软件,并进行了4043铝合金电弧增材成形. 结果表明,自主开发的电弧增材软件能够读取开源切片软件Cura输出的二维路径数据,并进行转换和输入工业机器人,控制焊枪运行路径和焊接电源运行参数,有效实现电弧增材制造. 使用直径1.2 mm的4043铝合金焊丝,在送丝速度为3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、层高1.65 mm、氩气保护气体流量15 L/min条件下,分别成功制备71层单道多层试样和58层单道多层壳体零件. 试样微观组织分析结果表明,成形件凝固组织为典型柱状晶,层与层之间搭接良好. 壳体零件形状完整、表面质量良好.     

旁路耦合微束等离子弧增材制造自适应高度控制系统

在xPC Target实时目标环境下,采用旁路耦合微束等离子弧进行增材堆垛试验,探究最大临界送丝速度、焊炬悬空高度和总电压等过程参数之间的关系.通过数据分析得到了送丝速度与总电压的回归模型,进一步在xPC Target系统中创建变送丝和电压反馈相结合的自适应高度调节控制模型,搭建了基于自适应高度调节的旁路耦合微束等离子弧增材制造控制系统,进行了在台阶形基板上的堆垛成形试验和单墙体零件自适应堆垛试验.结果表明,该控制系统能提高增材制造过程的稳定性;优化堆垛高度方向上的成形路径设计;实现复杂形状基板上金属零件的堆垛成形.     

一种逐条预置焊丝和逐层重熔的增材制造方法

为提高零件的成形精度,提出了一种逐条预置焊丝和逐层重熔的增材制造方法,将每个分层用相应长度的焊丝逐条预置形成该分层的形状,再对该预置焊丝分层进行重熔,然后逐层预置焊丝和重熔就可累积制造出金属零件。对环形零件、倾斜零件和带支撑的悬空零件进行了增材制造试验。结果表明,预置焊丝可控制每个分层的层高和每个位置的送丝量,从而保证逐层累积增材制造零件的成形精度。该方法适用于不同角度的倾斜结构,可采用支撑结构且去除方便,适合复杂零件的增材制造。     

基于复合路径的连续纤维熔丝挤出成形轨迹优化研究

轨迹规划技术在复合材料熔丝挤出成形中非常关键,合理的轨迹可以提高增材制造成形零件的表面质量和强度。针对复合材料熔丝挤出成形的特点,结合多种路径规划算法,提出一种复合路径填充算法。引入NURBS曲线生成轮廓偏置路径,以保持切片轮廓的精度;在切片层的内部区域生成Zigzag填充路径,并在路径转折处进行圆弧优化,减少了约85%空行程,提高了成形效率;然后,基于生成的路径构建时间分析数学模型,以提前对整个制造过程所需的总体时间进行预估及分析,达到对制造过程的前馈控制;最后,使用复合路径填充算法对典型结构体进行模拟制造,相较传统算法减少了28.3%~36.2%制造时间,提高了制造效率。     

高氮钢CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法. 以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差S_q和轮廓偏斜度S_sk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响. 结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性. 根据数值S_q和S_sk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级. 电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大. 在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.     

铝合金电弧熔积成形机器人增材制造系统

基于KUKA机器人搭建铝合金CMT增材制造系统,在Robotmaster离线编程软件中建立虚拟机器人工作场景,对成形零件进行分层、轨迹规划、模拟仿真及程序生成,使用CMT冷金属过渡焊接工艺进行铝合金零件增材制造试验,利用二次回归通用旋转组合方法设计试验,对熔敷工艺参数(送丝速度、喷嘴高度、焊接速度)与熔敷层宽度、高度的成形规律进行研究,建立熔敷层尺寸的预测模型。通过铝合金零件成形试验对模型精度进行验证,发现该模型预测效果好,成形铝合金零件精度高。     

选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展

选区激光熔化是目前应用广泛的金属增材制造方法,能够实现复杂精密金属件的成形。但是,由于技术原理的限制,选区激光熔化金属表面与切削加工表面相比,成形质量仍然存在较大差距,影响了这一方法的进一步应用。如何提高表面成形质量,是目前选区激光熔化金属成形领域重要的研究方向。介绍了选区激光熔化成形原理,分析了影响选区激光熔化金属表面成形质量的因素,总结了目前选区激光熔化金属表面成形质量的控制方法及相关研究进展。指出合理地布置成形件位置、避免将成形质量要求高的轮廓面设置为第三类表面、优化扫描工艺参数,是控制和提高选区激光熔化金属表面成形质量的主要途径。     

悬垂结构零件多轴增材加工非均匀层填充方法

悬垂结构具有底部悬空无支撑的几何特点，被广泛应用于复杂零件的设计中。增材加工方式是实现该类零件加工的有效手段。结合该类零件特点，提出一种适用于悬垂结构零件多轴增材加工非均匀层填充算法。该方法在成型方向变化与可加工厚度范围内，寻找满足阶梯误差最小的各层层厚和角度，而后根据所得到各层两侧层厚与角度,进一步确定填充轮廓上各点坐标，实现非均匀层填充。实验结果表明：与传统均匀层填充算法相比，文中方法能够在无支撑结构的前提下，采用较少填充层数实现增材填充，提升了零件加工效率和精度。     

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。     

Feature-based tool path generation approach for incremental sheet forming process

Incremental sheet forming (ISF) is a highly versatile and flexible process for rapid manufacturing of complex sheet metal parts. Although tool path plays an important role in the ISF process, there is only limited development in the tool path generation strategy and the conventional contour based strategies have been proven to cause problems in surface quality and geometric accuracy. This paper presents a new feature-based tool path generation algorithm for incremental sheet forming process. In this algorithm, tool paths are generated according to the specified critical edges. To obtain a better understanding of forming mechanism using the new tool path generation method, the thickness distribution, geometric accuracy and surface quality of the ISF formed shapes by using the feature-based tool path approach are compared with the traditional ISF tool path method based on three case studies including a truncated cone with double bottoms, a non-symmetrical cone and a car fender. The results suggest that the new tool path stretches the sheet in a different way and results in different thickness distributions. The results of these case studies also demonstrate the advantages of the feature based tool path generation especially in surface quality, geometric accuracy and forming time.     

不锈钢增材制造件的激光超声表面波声速研究

利用激光超声技术对增材制造件进行无损检测具有重要的理论和应用价值.因此,针对不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造样品进行试验.利用激光超声在样品不同成型方向上测试,对表面波声速进行了表征.结果表明:不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造件的成型质量与表面波传播速度有着密切的关系,而且同一增材制造件在不同成型方...