【正文】 有兩種方法：一種是逐行掃描（如圖22所示），每一段路徑均互相平行，在邊界線內(nèi)往復(fù)掃描，也稱為Z 字路徑；另一種是輪廓環(huán)掃描（如圖23所示），掃描路徑由輪廓的一系列等距平行線構(gòu)成，激光光斑就沿這些平行線逐層掃描。為了提高制件的精度，在HRPS 系列設(shè)備上做了大量實驗，總結(jié)出了幾種有效的溫度控制方式：（1） 模糊控制方式。激光的開延時太短，掃描矢量的開始端會產(chǎn)生“過燒”；開延時太長，掃描矢量的開始端將不會燒結(jié)；關(guān)延時太短，掃描矢量的末端將不會燒結(jié)；關(guān)延時太長時，掃描矢量的末端將會“過燒”。這些參數(shù)之間都存在著相互的制約關(guān)系。首先，最主要的是當(dāng)輥筒自左向右運動時，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動方向發(fā)生偏移，從而破壞了制件的燒結(jié)精度。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。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。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。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。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。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。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:(1) 材料選擇廣泛。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。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)，~。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。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)。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。(2) 工藝研究不深入，快速原型件存在諸多缺陷。(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，鋪粉采用輥子在前進(jìn)時同時自轉(zhuǎn)進(jìn)行鋪粉壓實，這樣它的鋪粉效率就很低，而且在壓實過程中容易使已經(jīng)燒結(jié)部分產(chǎn)生偏移。 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。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。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。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，在實驗基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化選擇。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。（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)。 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。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。 (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動,所以能得到較高的運動效率?；谝陨显颍赃x擇滾珠絲杠作為送粉缸和成型缸的傳動機(jī)構(gòu)。(4) 氣壓傳動有較好的自保持能力。 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)械運動靈活。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，所以本裝置選擇用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動。則： (33)其中：為長度，=252mm；為直徑，=10mm；為不銹鋼密度，=。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)?；钊纳仙拖陆涤胁竭M(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動。 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為氣動裝置清潔，在密封狀況下不會污染環(huán)境；二是因為氣動裝置可以滿足本系統(tǒng)的要求，實現(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。計算得氣缸直徑：=100mm。由于活塞要頻繁往復(fù)運動，又要間隔兩腔空氣，因此就要保證其耐磨和密封。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。 鋪粉輥子及其推板的設(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。為了達(dá)到這個目的，一方面可以使制作輥筒的材料的密度相對大些；另一方面，可以使輥筒的半徑盡可能的大。所以，考慮此原因，必須使推板離工作臺有一定的距離，并且這個距離應(yīng)該可以調(diào)節(jié)，因為每種材料的密度是不一樣的，所以壓實的效果還要看推板給輥子留下的粉末厚度了。保護(hù)性氣體的濃度維持在一定水平才能防止金屬粉末早燒結(jié)是的高溫環(huán)境下產(chǎn)生氧化作用。只要按形狀進(jìn)行焊接即可。具體動作協(xié)同運轉(zhuǎn)如下述:快速成形系統(tǒng)在燒結(jié)過程中，切片層厚度不變，每燒結(jié)完一層后工作平臺下沉設(shè)定的層厚高度，然后重新鋪粉。其中硬件的選擇是根據(jù)設(shè)備的設(shè)計要求進(jìn)行的。由于需要對系統(tǒng)的溫度和氧氣濃度進(jìn)行檢測與控制，共需4個A/D轉(zhuǎn)換通道，4個D/A輸出通道，加上一個備用的通道，共需A/D, D/A各5個點。工作腔內(nèi)氧氣濃度的檢測與控制是通過氧氣濃度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換控制板PCL818以及計算機(jī)I/O輸出控制電磁閥共同完成的。在工作缸中設(shè)有4根加熱管，總功率為4KW、送粉缸各一根，均為1KW。 創(chuàng)新之處 雙缸送粉在成形過程中，材料的進(jìn)給方式和加熱方法是首先必須解決的問題。圖52 改進(jìn)后機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)示意圖采用改進(jìn)后的系統(tǒng)，燒結(jié)一個零件所需時間為：,按測試件高100mm， 計算，可節(jié)省時間。 本設(shè)計缺陷SLS技術(shù)是非常年輕的一個制造領(lǐng)域，在許多方面還不夠完善，如目前制造的三維零件普遍存在強度不高、精度較低及表面質(zhì)量較差等問題。(3) 關(guān)鍵設(shè)備如激光器，動態(tài)聚焦掃描系統(tǒng)還只能采用進(jìn)口產(chǎn)品。畢業(yè)設(shè)計最后階段，他嚴(yán)格的審核了我的圖紙和說明書，事無巨細(xì)的給我指出每一個不當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關(guān)心和愛護(hù)。在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點，使得論文能夠及時完成，這里一并表示真誠的感謝。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。其次，我要感謝王文和吳遠(yuǎn)峰兩名同學(xué)，他們在自己繁重的畢業(yè)設(shè)計中拿出時間，與我討論題目，給我出謀劃策，并且給我提供了許多資料，為我的制圖工作起了很大的推動作用。(2) 開發(fā)更加人性化的控制系統(tǒng)，使燒結(jié)過程完全自動化。 制件在燒結(jié)時易偏斜當(dāng)鋪粉時由于鋪粉輥子有一個向前的力，使得處于粉末中的制件已燒結(jié)部分容易發(fā)生偏離，這樣使得制件的精度偏下，有的甚至報廢。 氣動裝置本設(shè)計采用氣動裝置，氣動驅(qū)動方式最重要的優(yōu)點是工作介質(zhì)空氣是取之不盡，用之不竭的，空氣本身不花錢。這種方式在送粉和加熱時都存在嚴(yán)重的時間浪費。左右送粉缸則使用E分度號的溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測。 溫度加熱與檢側(cè)裝置的選擇系統(tǒng)加熱裝置主要由加熱管、紅外測溫儀、溫度傳感器、數(shù)字顯示控制儀和可控硅控制部分組成。 輔助裝置控制模塊的設(shè)計快速成形系統(tǒng)的輔助控制動作主要有左右限位開關(guān)和左右開接近關(guān)、溫度的檢測與控制(包括工作缸與送粉缸的溫度檢控)、氧氣濃度的檢控等。 工控板的選型選擇什么樣的工控板作為控制元器件要根據(jù)實際的需要。 系統(tǒng)采用熱電偶測量兩個送粉缸和紅外測溫儀檢測燒結(jié)腔的預(yù)熱溫度和加熱溫度，對于不同的燒結(jié)材料，可以選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，并由計算機(jī)實現(xiàn)三個缸的溫度的閉環(huán)控制，以達(dá)到對溫度的要求。4 控制部分的的設(shè)計 總體設(shè)計 總體方案 圖41 系統(tǒng)整體構(gòu)成圖選擇性激光快速成型系統(tǒng)SLS具有成型速度快，材料利用率高的優(yōu)點。本裝置主要由工作臺1，上板2，左板3，右板4，前板5，后板6以及右板上的門7組成。具體設(shè)計的推板如圖310所示：圖310 鋪粉推板簡圖同時,因為推粉一定要推滿成型缸，所以推板的設(shè)計寬度要比成型缸的直徑大一些。輥筒表面過于粗糙時會使已鋪好粉末的燒結(jié)區(qū)產(chǎn)生劃痕，影響鋪粉的均勻性。如此反復(fù)。 氣缸電磁閥的選擇氣源三聯(lián)件根據(jù)上面計算出來的進(jìn)口要求壓力選擇型號為QFLJWB—L15。本裝置采用O型密封圈實現(xiàn)密