SLS快速成形系统扫描路径的优化

简要分析了SLS成形过程中误差产生的原因和影响加工效率的因素,总结了现有SLS扫描路径规划的方法。在此基础上提出了一种着重于提高加工精度的路径规划方法,该方法加工精度高,收缩变形小,算法易实现。     

基于电子束快速成形金属粉末扫描路径试验

扫描路径的优化对于提高电子束快速成形工艺的效率和加工质量具有较大影响,设计4种不同的电子束快速成形的扫描路径,针对投影扫描和轮廓线偏置扫描的温度场进行了有限元计算和试验.结果表明,采用轮廓线偏置扫描时只需较小的电子束电流就能使粉末达到较高的温度,高温区域与扫描区域一致,即得到的成形区域与扫描区域一致,扫描区域上各点的熔化量也基本一致,成形件表面比较均匀平整,且有利于下次铺粉,成形效果均优于投影扫描.同时偏置间距越小,成形效果越好.     

FDM快速成形工艺中的填充喷涂路径优化与仿真

分析了熔融沉积(FDM)快速成形工艺的扫描方式,建立了分区域穿梭扫描算法.基于已划分的实体填充路径和支撑填充路径区域,对其填充顺序提出了相对距离优化算法,并利用Microsoft Visual C 8.0作为开发平台,对优化后的综合填充效果进行了动态仿真.工艺实验证明:该扫描填充方式减小了样件翘曲变形的可能,大幅度减少了空行程,提高了FDM生产效率.     

基于双钻头的孔群加工路径优化算法

引入双钻头对孔群同时加工是提高钻孔效率的有效途径。分析双钻头进行孔群加工的数学模型,通过修改用于单钻头孔群加工路径优化的遗传算法中染色体的表达方式和适应度函数的计算方法,得到基于双钻头的孔群加工路径优化算法。实验结果表明,与单钻头的最优加工路径相比,在不同钻孔速度下使用双钻头同时加工的新算法都能节省近一半的加工时间,有效提高了孔群加工的效率。     

SLS快速成形系统扫描路径优化方法的研究

从成形速度入手,通过对选择性激光烧结技术(SelectiveLaserSintering)中现有的最普遍的两种扫描路径进行分析和比较,并考虑到不同扫描系统的特殊性,提出了对扫描路径进行优化的方法。从而能在保证制件成形精度的条件下提高成形速度,节约烧结成本。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料温度场模拟研究北大核心CSCD

为提高激光选区熔化WC 12Co硬质复合材料的成形质量,采用有限元仿真软件Ansys 2021R1对SLM成形WC 12Co硬质复合材料过程的温度场进行数值模拟仿真研究,研究成形温度场的温度分布和成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和基板预热温度)对温度场的影响,为优化WC 12Co硬质复合材料成形提供试验依据。结果表明:激光功率增大,成形区域温度增大,位置点3的峰值温度从3507.47℃增大至3837.52℃;激光扫描速度增大,成形区域温度降低,位置点5的峰值温度从3592℃下降至2897℃,峰值温度下降695℃;扫描间距的增加使各扫描区域的温度有所降低,位置点3的峰值温度从3330℃逐渐降低至3123℃。在同一成形工艺参数下,激光扫描前一路径对后一路径有预热作用,随着扫描路径的增加,成形区域的温度呈现逐渐上升趋势。基板预热至120℃能够提高熔池的内部温度,减小成形件之间的温度差异,缩小温度梯度差。当激光功率增大时,熔池的宽度和深度随之增大;当激光扫描速度增大时,熔池的宽度先增大后减小,熔池的深度线性反向减小;当扫描间距增大时,熔池的宽度和深度均减小。模拟获得的温度场仿真结论能够大致反映成形试样的表面质量和合金粉末的熔化状态随成形工艺参数变化的趋势。     

高速加工中连续微小线段的前瞻自适应插补算法

针对数控插补中离散化进给速度控制的特点,提出了一种实时的速度前瞻软件控制新算法.该算法通过采用五次样条曲线拟合对离散加工路径的分析提取高曲率点,根据加减速特性预估高曲率点处的速度,并对加工路径施加相应的运动学曲线规划,实现了加工速度自适应于加工路径的变化.应用该算法使得加工速度变化平稳.与传统控制方法相比,该方法大大提高了加工效率.     

提高SLM激光快速成型加工效率的途径

研究了在SLM激光快速成型加工中提高加工效率的方法。在保证成型件精度、微观组织和机械性能的前提下,要提高加工效率,主要通过路径规划和节约软件切片计算时间来实现,其中路径规划的方法主要有分区扫描、双向扫描以及二分法扫描算法。节约切片计算时间是通过多线程技术来实现的,即切片计算与激光加工同步进行。利用文中所述方法可以节省加工时间50%以上,从而极大地提高了加工效率。     

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。     

机器人电弧熔丝增材制造扫描路径生成算法研究

针对快速成型中目前已有层片扫描路径生成算法的不足,在轮廓偏置扫描路径填充算法和分区扫描路径填充算法的基础上提出一种改良的基于偏置轮廓特征的分区扫描路径填充算法。首先判断层片轮廓环的内外性质,以此为依据获取边界处的偏置轨迹,并按分区扫描的方式得到偏置轮廓环内部待填充区域的轨迹,最终的成形路径中起停点明显减少且其中大多数扫描起点和终点位于制件内部。实验结果表明,在机器人电弧熔丝增材制造中,采用该算法的混合扫描方式可以有效改善成形质量,并在一定程度上提高成形效率。     

紫外光固化快速成形中提高加工效率的方法

光固化成形是一种基于逐层累加方式发展起来的新的制作工艺,零件的加工效率是成形中需要考虑的关键问题之一。本文分析了影响加工效率的三个因素,即扫描参数、制作方向和扫描方向,并通过实验证明了优化制作工艺能够显著提高零件的制作效率。     

Effects of process parameters on dimensional precision and tensile strength of wax patterns for investment casting by selective laser sintering

Turbine blades, produced by the directional solidification(DS) process, often require high dimensional accuracy and excellent mechanical properties. A critical step in their production is the fabrication of wax patterns. However, the traditional manufacturing process has many disadvantages, such as long-term production, low material utilization rate, and the high cost of producing a complex-shaped wax pattern. Selective laser sintering(SLS) is one of the most extensively used additive manufacturing techniques that substantially shortens the production cycle. In this study, SLS was adopted to fabricate the wax pattern instead of the traditional manufacturing process. The orthogonal experiment method was carried out to investigate the effects of laser power, scanning speed, scanning space, and layer thickness on the dimensional precision and morphologies of the SLS parts. The SLS parts showed a minimum dimensional deviation when laser power, scanning speed, scanning space, and layer thickness were 10 W, 3000 mm·s-1, 0.18 mm, and 0.25 mm, respectively. In addition, the tensile strength and fracture morphologies were closely associated with the laser volumetric energy density(VED). The tensile strength reached a maximum when the VED was 0.0762 J·mm-3, with an evident brittle fracture morphology. The wax pattern manufactured in this way meets the accuracy and strength requirements for investment casting. This research offers a novel path for the production of wax patterns for complex-shaped turbine blades by SLS.     

连续激光高速抛光冷作模具钢的表面粗糙度及性能

目的解决连续激光高速抛光模具钢的表面质量与效率问题。方法将连续激光高斯光束通过缩束镜和DOE衍射整形器,转变成平顶激光光束。通过激光抛光工艺参数的优化,将光斑直径为470μm的平顶连续激光束,以之型与方波型组合扫描路径和500 mm/s的高速扫描速度,抛光冷作模具钢Cr12MoV,并通过白光干涉仪和SEM电镜检测其表面性能。结果连续激光高速抛光可将表面粗糙度由原始的1.942μm快速降低至0.26μm,抛光效率比传统机械抛光提高了67%,比人工抛光提高了94%,表面显微硬度提高了125%。结论工艺试验表明,连续激光的光斑扫描路径和直径对抛光表面质量产生深远的影响,对冷作模具钢进行高速抛光时,需要对激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描路径和扫描间距等激光加工参数进行优化,在达到相同质量效果的前提下,抛光效率是传统机械抛光效率的8倍以上,是熟练技师人工抛光效率的30倍以上。同时,连续激光抛光显著提高了模具钢的表面显微硬度,无任何污染,是一种绿色制造技术。     

Surface finish in laser solid freeform fabrication of an AISI 303L stainless steel thin wall

Laser solid freeform fabrication is a flexible manufacturing technique that can be used to produce a near net shape component by consolidation of successive deposited layers of additive materials. This study investigates the effects of the main process parameters, the laser power and scanning speed, on the surface finish of AISI 303L thin walls through reducing the thickness of the deposited layers. To study the effects of the variations of the operating parameters, the process is simulated. The numerical results showed that by increasing the scanning speed the laser power must be adjusted in order to maintain the melt pool maximum temperature within a pre-defined value. In this way, the surface finish of the fabricated walls considerably improves due to the decreased thickness of each individual layer without significantly disturbing the melt pool and the main physical characteristics of the build-ups. This was also verified through experimentally fabrication of the walls and their microstructural examination.     

数控雕刻机路径优化技术研究

主要针对三轴数字雕刻机阵列加工板材的路径优化技术进行研究,描述了传统加工工序流程和缺陷。路径优化的目的是自动生成比人工经验路径更优的路径。为此建立3个典型音箱零件模型和对应的NC文件,通过软件实现对NC文件的读取和对路径进行分析,分析NC文件中路径空行、进刀、加工、重复路径等时间消耗比例,实现对路径总体优劣的评价。在评价的基础上,以一个可行解作为起点,对NC文件进行后处理,通过优化方法找出更优的路径,依照加工方法规则输出新路径。优化的路径符合传统生产模式,可以方便升级使用。通过测试得出,优化后的路径在加工效率方面有提升。     

激光熔覆加工头聚焦性能及成形工艺研究进展

激光熔覆作为一种十分有前途的制造技术,已在工业中广泛用于部件修复、表面改性以及增材制造等领域。在激光熔覆系统中,激光熔覆加工头是其关键核心部件,可以在基材表面实现激光束、熔覆材料和熔池之间的精准耦合并形成连续熔覆层。激光熔覆加工头内置有光学镜组,主要用于激光束的传输、变换和聚焦,可以根据不同的加工需求对光束进行处理。主要从分析激光熔覆加工头聚焦性能对熔覆成形工艺影响的角度出发,综述了加工头的设计及其成形工艺的发展,具体包括光斑尺寸、光斑形状、光斑能量分布、激光功率、光源特性等对材料沉积速度、材料利用效率、熔覆层质量等的影响。首先按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式,对激光熔覆光料耦合方式及加工头进行了简要概述,并对成形工艺造成的影响进行了总结。其次分别讨论了连续高斯光束和平顶光束以及脉冲激光的聚焦性能对熔覆层的影响,同时概述了3种不同形状光斑（圆形、矩形、环形）的能量分布特性和光斑尺寸对成形工艺的影响;接着研究了激光能量密度对熔覆层质量的影响;基于超高速激光熔覆技术分析提出透镜长焦深聚焦特性能够大幅提升激光熔覆的加工效率。最后展望了激光熔覆加工头聚焦性能在成形工艺上的发展趋势...     

QT800-2球墨铸铁表面激光熔覆工艺参数多目标优化

目的 为了解决球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金过程中熔覆层塌陷、厚度不均等问题,确定旁轴送粉激光熔覆最优工艺参数组,并对参数寻优方法进行对比分析.方法 选取工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速度)为优化变量和熔覆层表面质量(表面粗糙度、硬度)为优化指标,通过设计L9(34)正交试验进行极差分析,得到优化后的参数组合;通过神...     

基于曲面分层的大型螺旋桨GMA增材制造

为了实现曲面复杂零件的高精度高效率增材制造,开发了高适应性的曲面分层算法.采用从空间角加权法向方向平移三角网格控制点的策略,生成与初始分层曲面等距的曲面簇,与模型求交运算,从而获得了每层曲面切片轮廓.在此基础上,使用基于体素化和曲面积分思想的曲面等距路径规划算法,获得了分层曲面上的等距轮廓偏置路径,保证了零件曲面轮廓的成形精度并进行了试验验证. 试验采用六轴机器人与旋倾变位机作为运动机构,使用熔化极气体保护电弧(gas metal arc,GMA)增材制造方法,在一个外径为0.2 m的圆柱金属管上,实际堆敷了直径1 m的扭转棱形螺旋桨.经过扫描检测和模型比对,得到桨叶的成形尺寸标准偏差为1.1 mm,最大偏差在3.0 mm以下.结果表明,对于特定曲面零件如螺旋桨的增材制造,曲面分层算法可以提高成形的效率和表面质量.     

Cross section scan trace planning based on arc additive manufacturing

In the context of additive manufacturing processes, the influence of specimen deformation from different welding paths is conducted by using CMT-AM. A least-squares method was used to quantitatively measure specimen deformation. The values of S (i.e., the sum of the distance from each feature point in a plane to the ideal plane)from different welding paths had significant influence on deformation of deposited layer.With the value of S increasing, the deformation of deposited layer gradually increased. With this result, a suitable welding trace plan was ascertained, which was successfully used to acquire well-formed and densely organized specimens during the arc-welding additive manufacturing process. Our results provide a foundation for experiments based on deposited layer scanning trace planning.