本文關鍵詞：電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)及不銹鋼粉末成形工藝研究

  更多相關文章： 3D打印 電子束 鋪粉系統(tǒng) 不銹鋼 “吹粉”問題 表面形貌

【摘要】：本文研究的是金屬粉末電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)與粉末成形工藝,在生物醫(yī)學、航空航天等領域具有很良好的應用前景。按照電子束3D打印技術參數(shù)要求,對電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的機械結構以及嵌入式控制系統(tǒng)的設計,完成整個鋪粉系統(tǒng)。整個系統(tǒng)機械結構主體分為四個部分：工作臺支架、升降臺、供粉箱與回收箱、行走機構；嵌入式系統(tǒng)包括軟件與硬件系統(tǒng)。對升降臺升降的精度、供粉箱的出粉速度以及行走機構鋪粉均勻性進行了相應的驗證試驗。通過試驗進行驗證升降臺下降精度為+0.002mm/0.5mm;通過試驗測算供粉箱出粉速度V為39.0625-5000mm3/s,可以滿足供粉需求。試驗驗證發(fā)現(xiàn),當鋪一層0.5mm厚的粉末,供粉箱出粉速度V、行走機構運行速度v,之比S在120時,在粉末壓實后,粉末均勻性非常好。通過對升降臺升降、供粉箱出粉以及行走機構鋪粉均勻性進行調(diào)試與優(yōu)化,為不銹鋼粉末成形工藝提供粉末鋪設平臺。分析了真空條件下電子束“吹粉”現(xiàn)象的機理,并通過對比電阻絲、電子束偏轉(zhuǎn)掃描兩種加熱方式對粉末潰散的影響,探究出電阻絲與電子束偏轉(zhuǎn)掃描復合預熱為解決“吹粉”問題的最優(yōu)方案。試驗結果表明使用電阻絲加熱與電子束偏轉(zhuǎn)掃描相結合的復合預熱系統(tǒng)預熱時間25min能夠使吹粉率低于10%,預熱時間比單個加熱源少44.4%。復合預熱系統(tǒng)加熱粉末30min能夠有效地解決“吹粉”問題。電子束3D打印粉末熔化成形的工藝參數(shù)對316L不銹鋼粉末成形試樣的表面形貌有直接影響,在加速電壓隊掃描間距L等工藝參數(shù)恒定情況下,相同的電子束束流I與掃描頻率F的比值I/F得到的成形件上表面形貌基本相似并且得到的成形試樣上表面粗糙度相差不大。隨著I/F值升高,成形試樣上的表面形貌由網(wǎng)狀逐漸過渡至溝壑狀,成形試樣上表面粗糙度升高。層間粉末成形需要使用復合預熱系統(tǒng)至少預熱40s,才能保證粉末成形率在90%以上。隨著粉末逐層堆積成形,再加上熱輸入累積,層數(shù)高的對層數(shù)低的成形層起著回火或者退火的作用,使相應成形層硬度略微有些下降。電子束3D打印獲得的試樣組織致密、晶粒細小,其致密度達98.12%。比較首層鋪粉熔化成形、多層粉末熔化成形這兩種工藝,可以發(fā)現(xiàn)在多層粉末熔化成形時,低熔點的錳(Mn)元素質(zhì)量分數(shù)下降的較為明顯些,其他的元素質(zhì)量分數(shù)沒有明顯變化。
【關鍵詞】：3D打印 電子束 鋪粉系統(tǒng) 不銹鋼 “吹粉”問題 表面形貌
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB44;TG142.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 選題的科學意義和應用前景11-12
• 1.2 電子束3D打印國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 電子束3D打印國外研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 電子束3D打印國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 電子束3D打印最新發(fā)展趨勢與應用14-15
• 1.3 不銹鋼粉末3D打印的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 不銹鋼粉末的特性16
• 1.3.2 不銹鋼粉末3D打印技術的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-19
• 2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)方案可行性分析19-24
• 2.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)總體設計思路及工序設計19-20
• 2.1.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)方案概述19
• 2.1.2 機械系統(tǒng)設計思路19-20
• 2.1.3 嵌入式控制系統(tǒng)設計思路20
• 2.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)工序設計20-21
• 2.3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設計環(huán)境及技術參數(shù)21-23
• 2.3.1 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設計環(huán)境21-22
• 2.3.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)技術參數(shù)22-23
• 2.4 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的可行性分析23
• 2.4.1 高效性23
• 2.4.2 可靠性23
• 2.4.3 適應性23
• 2.5 本章小結23-24
• 3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)設計與研制24-58
• 3.1 機械系統(tǒng)設計與研制24-39
• 3.1.1 機械結構設計的開發(fā)環(huán)境與其優(yōu)勢25-26
• 3.1.2 機械結構設計與研制26-33
• 3.1.3 伺服電機、步進電機的選型33-36
• 3.1.4 滾珠絲杠、聯(lián)軸器的選型36-38
• 3.1.5 機械結構實物圖38-39
• 3.2 嵌入式控制系統(tǒng)設計與研制39-51
• 3.2.1 嵌入式控制系統(tǒng)技術參數(shù)39-40
• 3.2.2 嵌入式控制系統(tǒng)的微處理器選型40-41
• 3.2.3 嵌入式控制系統(tǒng)的硬件設計與研制41-44
• 3.2.4 嵌入式控制系統(tǒng)的軟件編程設計44-51
• 3.3 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)的工作流程51-53
• 3.4 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)整體調(diào)試與優(yōu)化53-57
• 3.4.1 升降臺升降調(diào)試與優(yōu)化53-54
• 3.4.2 供粉箱出粉速度調(diào)試與優(yōu)化54
• 3.4.3 行走機構鋪粉均勻性調(diào)試與優(yōu)化54-56
• 3.4.4 鋪粉系統(tǒng)一層鋪粉時間56-57
• 3.5 本章小結57-58
• 4 電子束3D打印不銹鋼粉末成形工藝研究58-74
• 4.1 試驗材料、設備58-60
• 4.1.1 試驗材料58
• 4.1.2 試驗設備58-60
• 4.2 “吹粉”問題的解決方案60-69
• 4.2.1 真空條件下電子束吹粉機理分析60-61
• 4.2.2 電阻絲加熱方法61-65
• 4.2.3 電子束偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)預熱方法65-67
• 4.2.4 電阻絲預熱(CF1)、電子束偏轉(zhuǎn)掃描預熱(CF2)不同時間吹粉率的對比67
• 4.2.5 “吹粉”問題最優(yōu)解決方案67-69
• 4.3 試驗方法及工藝參數(shù)69-73
• 4.3.1 試驗方法69-70
• 4.3.2 電子束3D打印鋪粉系統(tǒng)工藝驗證試驗70-72
• 4.3.3 驗證工藝試驗檢測方法72-73
• 4.4 本章小結73-74
• 5 工藝參數(shù)對成形試樣特征與性能的影響74-82
• 5.1 成形試樣特征的檢測及分析74-77
• 5.1.1 I/F值對首層鋪粉成形試樣上表面形貌、表面粗糙度的影響74-76
• 5.1.2 掃描頻率不變時層間預熱時間T、束流I對多層粉末成形試樣層間成形的影響76-77
• 5.2 成形試樣硬度測試及分析77-79
• 5.3 成形試樣致密度測試及分析79-80
• 5.4 成形試樣元素成分測試及分析80-81
• 5.5 本章小結81-82
• 6 結論與展望82-84
• 6.1 結論82-83
• 6.2 展望83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89
• 附錄89

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本文編號：992736