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新型激光快速成型设备的研制及工艺研究

赵枢明  
【摘要】:轮廓失效快速成型(Profile Invalidation Laser Rapid Prototyping简称PIRP)是本教研室提出的一种新型激光快速成型技术。该方法以覆膜粉体为成型材料,通过高能激光束烧蚀零件各层轮廓线,并叠加成最终零件。PIRP技术具有选材范围广,激光扫描路径短,制件精度高等优点,适用于大尺寸原型件或铸造用模具成型。 PIRP快速成型设备性能参数及长期运行试验表明,现机型加工效率和尺寸受机械结构紧凑性的限制。据此,本文提出了新型激光快速成型设备设计方案,并对其计算机数控系统、供料及铺粉预热系统、激光加工系统、升降系统等关键子模块进行了详细的分析。改进的机型结构紧凑性进一步提高,其加工速度达至ij800mm/s,最大加工尺寸为1200*700*500mm,满足工业用成型设备性能要求。 本文研究了以覆膜砂为原材料的PIRP成型工艺,通过几何堆积模型对颗粒结构进行建模仿真,讨论了粉末粒径分布和模态配比对颗粒配位数和堆积密度的影响,据此优化了预热过程的工艺参数。通过激光扫描正交实验得出了加工过程中功率、速度、粉层厚度的匹配曲线。并对PIRP绿件的固结强化、脱模等后处理工艺进行了实验研究与分析。 本文对PIRP技术进行了大量的实例研究,制作了水泵叶轮、双耳底座等覆膜砂原型件,结果表明制件尺寸精度可控制在1%以内。将PIRP与快速铸造结合,实现了复杂曲面船用螺旋桨、三元叶轮的无模快速铸造,铝合金铸件的表面精度达到Ral2.5-Ra25,并利用该方法实现了汽车模锻模具毛坯的近终形铸造。各项结果表明基于PIRP的快速铸造技术可以满足市场需求,具有较高的工业应用价值。


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