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《浙江理工大学》 2010年
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数控选区电沉积快速成型的成型质量研究

李高飞  
【摘要】: 快速成型制造技术因其添加式和数字化驱动成型方式能够快速化、自由化成型任意三维几何实体的优越性,已经在很多领域取得了广泛的应用,目前直接使用金属材料成型金属功能零件是全世界快速成型制造技术的发展方向。 电化学沉积技术是指沉积液中的金属阳离子在阴极表面不断沉积从而成形零件的一项精密、增材加工技术。它的最大优势是可以得到高精度、高光洁度的零件表面,能准确、精密复制复杂型面和细微纹路,但也存在着沉积速度慢、沉积层均匀性差及严重依赖母模等不足,因此,其应用只局限在精密、微细加工领域。 本文将快速成型制造技术、电化学沉积技术和数控技术有机结合,很好的利用三者的优势,提出了一种直接制造金属零件的快速成型技术——数控选区电沉积快速成型技术,该技术利用电化学沉积法直接成型和制造金属零件,大大拓宽了传统快速成型制造技术的研究领域。通过对数控选区电沉积快速成型技术的理论分析和工艺试验研究,本文主要研究的内容如下: (1)在分析快速成型制造技术、电化学沉积技术和数控技术相互集成的合理性基础上,提出了数控选区电沉积快速成型技术,为金属零件的直接快速成型提供了新的途径。 (2)分析了数控选区电沉积快速成型的工艺性特点,研制了数控选区电沉积快速成型的机床系统,进行了硬件结构的搭建,并开发了相应的控制软件。 (3)分析了数控选区电沉积快速成型在数据处理过程中使用的数据接口——STL文件,介绍了其主要缺陷的修复方法,为开发分层切片软件和扫描路径的实现打下了基础。 (4)研究了数控选区电沉积快速成型的电沉积机理,并从阳极材料、端面形状和沉积模型入手,介绍了核心构件阳极头的制备。 (5)提出了数控选区电沉积快速成型的路径规划,比较现有的快速成型常用扫描方式,提出了平行直线交错间隙往复扫描,详细介绍了扫描路径的实现算法,并结合试验制备出了形状规则、轮廓清晰的金属铜零件。 (6)分析了影响成型质量的主要因素,主要包括STL模型参数和工艺参数两个方面,详细分析了工艺参数对定域性的影响,得到了一组优化的工艺参数,并讨论了提高电沉积速度的方法,以及分层算法的优化途径等。
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