【正文】 保護(hù)裝置，并在工作時候通以保護(hù)氣（如NCO2），防止材料被氧化。首先，最主要的是當(dāng)輥筒自左向右運(yùn)動時，由于粉末與底層已經(jīng)燒結(jié)好的工件之間存在摩擦力，很可能會使已燒結(jié)好的工件部分向輥筒運(yùn)動方向發(fā)生偏移，從而破壞了制件的燒結(jié)精度。激光燒結(jié)即每層燒結(jié)的厚度取決于步進(jìn)電機(jī)的步距角和滾珠絲杠的導(dǎo)程，其計算如下： (21)上式中：為步進(jìn)電機(jī)步距角；為滾珠絲杠導(dǎo)程。本章分析和研究了激光燒結(jié)過程中影響零件精度的幾個因素，并提出了一些解決措施。第5章 本裝置的創(chuàng)新之處及其缺陷，對全文做一個回顧和總結(jié)，說明所設(shè)計機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對以后改進(jìn)此設(shè)備進(jìn)行了展望。課題的主要研究內(nèi)容和本文的主要工作如下:全文分為5章，各章內(nèi)容如下:第1章 緒論，主要介紹了課題的技術(shù)背景、理論、意義及本文的主要工作。本文主要從鋪粉裝置的機(jī)構(gòu)因素，環(huán)境溫度，掃描路徑以及鋪粉厚度出發(fā)等幾個方面進(jìn)行探討，以此提高制件的精度。當(dāng)然，經(jīng)過我國科研工作者們的不懈努力以及我國巨大的市場潛力，快速成形技術(shù)在國內(nèi)的前景是十分美好的。在技術(shù)上，與國外的差距仍然很明顯，主要表現(xiàn)在以下方面:(1) 材料性能與國外相差很大，國內(nèi)許多快速成形材料都依賴于進(jìn)口。如華中科技大學(xué)開發(fā)研制的HRPS I、HRPSII和HRPSIIA型SLS設(shè)備已成功的實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的商品化，具體設(shè)備如圖12所示： 圖12 選擇性激光燒結(jié)成型設(shè)備對于SLS設(shè)備的現(xiàn)狀來說，國外的SLS快速成形系統(tǒng)和成形材料的價格非常昂貴，將目標(biāo)定位于在保證高可靠和高性能的前提下，研究和開發(fā)能大幅度降低成本的快速成形技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)已開發(fā)出的SLS的HRPIRA型快速成形系統(tǒng)，成本大幅度降低了，且在控制、軟件、材料和快速制模方面取得了較大進(jìn)展。(4) 出現(xiàn)了RP系統(tǒng)專業(yè)化的思想，即針對某些特殊用途而開發(fā)的RP系統(tǒng)產(chǎn)品。隨著快速成形技術(shù)的發(fā)展，就SLS成形設(shè)備的發(fā)展來說，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1) 操作更簡單，功能更完善。同時，新的快速成形機(jī)構(gòu)也不斷涌現(xiàn)。從目前國內(nèi)外SLS技術(shù)的研究情況來看，覆膜砂、石蠟粉以及塑料粉這三種材料的激光燒結(jié)技術(shù)的研究比較成熟，已經(jīng)有商品化的設(shè)備推向市場。(3) 工藝過程簡單。原理如圖11： 圖11 SLS技術(shù)快速成型系統(tǒng)的工作原理選擇性激光燒結(jié)技術(shù)具有以下特點(diǎn):(1) 材料選擇廣泛。激光燒結(jié)成形過程為：首先在工作臺面上均勻地鋪上一層很?。▇)的熱敏粉末，輔助加熱裝置將其預(yù)熱到粉末材料熔點(diǎn)(粘結(jié)劑的軟化溫度)以下的溫度，在這個均勻的粉末層面上，計算機(jī)在經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到零件的CAD實(shí)體模型的二維剖面后，再控制激光按照設(shè)計零件的當(dāng)前層截面信息進(jìn)行選擇性燒結(jié)，被燒結(jié)粉末固化在一起形成零件的實(shí)體部分。SLS燒結(jié)設(shè)備，主要由掃描器、鋪粉機(jī)構(gòu)、激光源、預(yù)熱裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。它采用具有動態(tài)聚焦功能的振鏡掃描結(jié)構(gòu)，因此，其掃描速度較其它種類的快速成形系統(tǒng)有相當(dāng)程度的提高，最高掃描速度由具體的動態(tài)掃描系統(tǒng)確定，一般燒結(jié)速度可達(dá)2m/s，故成形效率更高。然后，在計算機(jī)的控制下，工作平臺降低一定的高度，鋪粉機(jī)構(gòu)鋪設(shè)一層很薄的粉末，激光束開始新一層的掃描燒結(jié)，~。其工藝材料選擇廣泛，如尼龍、塑料、金屬、陶瓷的包衣粉末或粉末的混合物均可作為加工材料。與其它原型制作工藝(如SLA,LOM等)不同，SLS成形無須研究專門的廢料清除工藝。金屬粉末的激光燒結(jié)技術(shù)也逐漸成熟，而陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù)尚處在研究階段，陶瓷粉末的激光燒結(jié)技術(shù)屬當(dāng)今激光燒結(jié)技術(shù)的研究前沿和技術(shù)難點(diǎn)。到1998年，全世界共有331家快速成形服務(wù)機(jī)構(gòu)，27家咨詢機(jī)構(gòu)，51家教育與科研機(jī)構(gòu)。例如，與燒結(jié)站2000相比，DTM公司的燒結(jié)站2500plus的人機(jī)界面更友好、功能更強(qiáng)大。如Stratasys公司開發(fā)的MedModeler，主要用于一些醫(yī)院和醫(yī)學(xué)單位。在應(yīng)用上，受傳統(tǒng)思想、市場機(jī)制和市場需求的影響，快速成形在國內(nèi)的推廣受到了很大的阻力。(2) 工藝研究不深入，快速原型件存在諸多缺陷。 本設(shè)計的目的、內(nèi)容及現(xiàn)實(shí)意義 本設(shè)計的目的和意義為了發(fā)展我校的快速成形制造系統(tǒng)，以適應(yīng)快速成型在我校的應(yīng)用，支撐其他科研項目的順利進(jìn)行，所以對本?？焖俪尚蛯?shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有激光燒結(jié)快速成型設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計，以使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，滿足實(shí)驗(yàn)室的需要。(2) SLS設(shè)備鋪粉機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化由華中科技大學(xué)開發(fā)研制的HRPS I型粉末燒結(jié)系統(tǒng)采用的是與LOM設(shè)備相同的激光掃描控制系統(tǒng)，送粉機(jī)構(gòu)采用兩缸送粉，鋪粉采用輥?zhàn)釉谇斑M(jìn)時同時自轉(zhuǎn)進(jìn)行鋪粉壓實(shí)，這樣它的鋪粉效率就很低，而且在壓實(shí)過程中容易使已經(jīng)燒結(jié)部分產(chǎn)生偏移。第2章 鋪粉裝置對激光選區(qū)燒結(jié)成型的影響規(guī)律分析，主要從鋪粉裝置的機(jī)構(gòu)因素，環(huán)境溫度，掃描路徑以及鋪粉厚度出發(fā)進(jìn)行探討，以此提高制件的精度。 本章小結(jié)本章首先簡要介紹了快速成形技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，然后介紹了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并指出了國內(nèi)在該研究領(lǐng)域內(nèi)與國際先進(jìn)水平之間的差距，最后介紹了本設(shè)計的目的、意義及主要研究內(nèi)容。 提升裝置對成型件的影響分析提升裝置對燒結(jié)成型的影響主要來自于步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠，其中以步進(jìn)電機(jī)影響為最大。從以上公式中可以看出步進(jìn)電機(jī)的步距角累計誤差越大，鋪粉厚度越薄。具體情況如圖21所示： 圖21 SLS技術(shù)快速成型系統(tǒng)的工作原理其次，當(dāng)輥筒進(jìn)行鋪粉運(yùn)動時，粘在輥筒上面的粉末會隨著輥筒的運(yùn)動被拋灑在已經(jīng)鋪好粉末的工作區(qū)，破壞粉末的均勻性。如果保護(hù)氛圍不好，那么易被氧化材料在有氧條件下，會在激光的燒結(jié)下燃燒起來，導(dǎo)致制件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量下降，更可能引起燒結(jié)過程的失敗。當(dāng)掃描速度較快，輸出功率較低時，粉末材料的受熱溫度就會很低，由于被照射的粉末受熱不夠，粘結(jié)不牢固，制件很容易分裂，尺寸也會放大；反之，當(dāng)掃描速度較低，輸出功率較高，粉末材料的溫度也就越高，受照射粉末會在掃描方向上發(fā)生收縮，從而引起掃描燒結(jié)直線的彎曲變形。為獲取良好的樣件質(zhì)量，掃描速度和激光輸出功率應(yīng)進(jìn)行匹配，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化選擇。同樣，振鏡的開關(guān)延時也會產(chǎn)生類似的影響，因而只有合適的延時參數(shù)才會產(chǎn)生均勻的掃描線，制件的精度才會高。如果預(yù)熱溫度太低，由于粉層冷卻太快，熔化顆粒之間來不及充分潤濕和互相擴(kuò)散、流動，燒結(jié)體內(nèi)留下大量空隙，導(dǎo)致燒結(jié)深度和密度大幅度下降，使成形件質(zhì)量受到很大的影響。將操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成控制規(guī)則，據(jù)此制造一個“模糊控制器”，來代替人對復(fù)雜的加工過程進(jìn)行控制。（2） 基于零件切片的自適應(yīng)控制，即用溫度檢測模塊與溫度控制兩個功能模塊組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。逐行掃描又有兩種掃描方法，一種是單向掃描，掃描起始點(diǎn)在同一端，每條掃描線之間有很大的空跳，所以這種掃描方式很少被采用。 圖22 逐行掃描 圖23 輪廓環(huán)掃描因此，現(xiàn)在大都采用連貫性逐行掃描。所謂變向掃描，就是在完成一個層面的添充掃描后，下一層的掃描線方向旋轉(zhuǎn)一個角度（一般為90度），這樣可以避免相鄰層面的局部的燒結(jié)缺陷不至于重合，使得工件的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)合理，力學(xué)性能更優(yōu)。當(dāng)然還有其他一些影響因素沒有提到，比如說燒結(jié)材料的性能等。 采用滾珠絲杠模塊作為送粉缸和成型缸的傳動裝置滾珠絲杠精度高，摩擦阻力小，是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件。 (1) 與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動,所以能得到較高的運(yùn)動效率。 (3) 微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。基于以上原因，所以選擇滾珠絲杠作為送粉缸和成型缸的傳動機(jī)構(gòu)。(2) 氣壓傳動的工作介質(zhì)粘度很小，僅為油液的百分之一，所以流動阻力很小，壓力損失小，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送。(4) 氣壓傳動有較好的自保持能力。(6) 氣壓傳動系統(tǒng)的工作壓力低，因此氣壓傳動裝置的推力一般不宜大于10～40kN，僅適用于小功率場合，在相同輸出力的情況下，氣壓傳動裝置比液壓傳動裝置尺寸大。 采用直線導(dǎo)軌作為鋪粉裝置的傳動裝置直線導(dǎo)軌摩擦阻力小，機(jī)械運(yùn)動靈活。(4) 適合高速化之應(yīng)用由于摩擦阻力小的特性，導(dǎo)軌對設(shè)備的驅(qū)動力需求低，節(jié)省能源，運(yùn)動磨耗小，溫升效應(yīng)低，可同時實(shí)現(xiàn)機(jī)械小型化與高速化需求。本裝置的總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖31所示： 圖31 機(jī)構(gòu)簡圖 送粉缸及成型缸的設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)的選型步進(jìn)電機(jī)具有步距角不易變化、起動制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便、簡單的特點(diǎn)，所以本裝置選擇用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動。（2） 確定脈沖當(dāng)量根據(jù)裝置的加工精度要求。則： (33)其中：為長度，=252mm；為直徑，=10mm；為不銹鋼密度，=。每次鋪粉需10個脈沖。計算轉(zhuǎn)矩按照下式計算： (38)式中：T為公稱轉(zhuǎn)矩，單位,為工況系數(shù)。更特別的是本系統(tǒng)可以垂直應(yīng)用與懸臂負(fù)荷。活塞的上升和下降有步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，為了使上升和下降的位移更加精確，又由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠模塊來帶動活塞運(yùn)動。如圖34所示為成型缸和其法蘭盤：A圖34 送粉缸（左）和法蘭盤（右）里 本結(jié)構(gòu)還在活塞桿和活塞連接處運(yùn)用了十字連結(jié)，使用此結(jié)構(gòu)的目的主要是為了防止活塞在活塞缸中由于摩擦力太大使活塞卡在送粉缸中使機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動，此十字聯(lián)結(jié)的適用增加了活塞桿和活塞連接處的自由度，有效的解決了這個問題。 鋪粉裝置的的設(shè)計 總體裝置的設(shè)計本裝置選用氣動裝置的原因一是因?yàn)闅鈩友b置清潔，在密封狀況下不會污染環(huán)境；二是因?yàn)闅鈩友b置可以滿足本系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)所需要的動作要求；更重要的是為了在這次畢業(yè)設(shè)計中得到全方位的訓(xùn)練。同時推板可以進(jìn)行通過調(diào)節(jié)裝置5上下調(diào)節(jié)，來調(diào)整所預(yù)留粉末的厚度，以此作為進(jìn)行壓實(shí)的基礎(chǔ)。計算得氣缸直徑：=100mm。由氣動手冊查得：材料為45鋼的氣缸=120。由于活塞要頻繁往復(fù)運(yùn)動，又要間隔兩腔空氣，因此就要保證其耐磨和密封?；钊膶挾热Q于密封圈的排數(shù)，一般多采用雙排密封圈。另外，為了防止氣缸在行程末端時，活塞以很大的速度撞擊端蓋，引起氣缸震動和損壞，采用帶有緩沖裝置的緩沖氣缸。 滾動導(dǎo)軌副的設(shè)計選擇為了達(dá)到鋪粉輥來回鋪粉的功用，本系統(tǒng)選擇滾動導(dǎo)軌副來實(shí)現(xiàn)這個動作。 鋪粉輥?zhàn)蛹捌渫瓢宓脑O(shè)計鋪粉裝置示意圖如圖所示，滾動導(dǎo)軌副在氣動裝置的拖動下可以來回移動，鋪粉輥筒及推板固定在滾動導(dǎo)軌副上