為解決復雜結構金屬梯度材料零件制造技術的難題,對成分梯度材料零件的激光選區(qū)熔化成型方法展開了研究。通過零件梯度設計法結合多組掃描路徑數(shù)據(jù)文件及一個txt格式文件,實現(xiàn)了成分梯度材料零件增材制造數(shù)據(jù)的獲取;通過雙軸擺動的粉末實時混合均布裝置實現(xiàn)了梯度成分粉末的實時混合及均布;采用柔性清掃回收原理解決激光選區(qū)熔化制造梯度材料零件時同層內(nèi)不同粉末的清理回收問題。利用自主研發(fā)的梯度材料零件激光選區(qū)熔化成型系統(tǒng)展開了實驗驗證。獲得了4340+CuSn10梯度材料零件,顏色上呈明顯的梯度過渡,對其前側面及上表面進行EDS分析,發(fā)現(xiàn)中間3個梯度區(qū)域Fe的平均質(zhì)量百分比在垂直方向分別為4.94%,36.49%,59.16%,在水平方向分別為12.88%,41%,53.59%,在不同層之間、同一層不同區(qū)域之間均呈梯度變化。該方法可實現(xiàn)成分梯度材料零件自由增材制造,為該類零件的制造提供了新的選擇。 

【文章來源】：光學精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

粉末實時混合均布裝置(拆去氣密外罩)

根據(jù)上述成分分布函數(shù),可將整個成分梯度材料零件的幾何結構分解為有限個幾何子模型的并集,利用幾何子模型各區(qū)域材料的體分比加權平均值作為其材料信息,將它離散化為n個具有材料屬性的子模型的裝配體,用于控制成型。如圖1所示,在采用三維設計軟件進行零件結構設計時,根據(jù)其組成成分的變化,以軸線為梯度源,將三維結構設計成5個子材料三維模型,通過組裝各子材料三維模型,獲得一個完整的成分梯度材料零件的三維模型。2.2 增材制造數(shù)據(jù)的獲取方法

對成分梯度材料零件的三維模型進行數(shù)據(jù)處理,將梯度材料零件的幾何結構特征與材料特征組合,建立幾何子模型到材料信息空間的映射關系,獲取其增材制造數(shù)據(jù),如圖2所示。先記錄梯度材料零件三維模型中各子材料三維模型的中心坐標,在切片軟件中打開各子材料三維模型,通過移位使各子材料三維模型的中心坐標與它在梯度材料零件三維模型中的中心坐標一致,完成模型數(shù)據(jù)的移位處理;然后可對各子材料三維模型進行切片處理,獲得各子材料三維模型的CLI(Common Layer Interface)數(shù)據(jù)文件。對CLI文件進行掃描路徑規(guī)劃,并生成激光掃描路徑,每一CLI文件對應生成一組掃描路徑,一組掃描路徑可由m個HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language)文件組成(m為對應CLI切片文件的層數(shù)),每個HPGL文件用于描述對應子材料模型一個層片的掃描路徑。由于零件為梯度材料零件,不同部位材料的組成成分不同,因此,針對所有子材料三維模型創(chuàng)建一個txt格式的材料文件,在該文件中添加以Mat作為起始字符的材料信息,每組掃描路徑對應一行材料信息。采用兩個定量供粉漏斗供給粉末,通過一根帶槽的輥軸的旋轉實現(xiàn)粉末供給,每旋轉一圈,即泄出定量容積的粉末,該定量容積可稱為基礎容積。例如“Mat02 1∶3”,表示02子模型采用的材料成分是由1倍基礎容積的材料A和3倍基礎容積的材料B混合而成。因此,如圖1 中的成分梯度材料零件的材料文件,可先建立5種材料編號:Mat01為100%A,Mat02為75%A+25%B,Mat03為50%A+50%B,Mat04為25%A+75%B,Mat05為100%B。再建立一個Mat.txt的文件,在文件中寫入如下表達:Mat01 4∶0;Mat02 3∶1;Mat03 2∶2;Mat04 1∶3;Mat05 0∶4。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3106965