【摘要】： 自推出世界上首臺(tái)商品化快速成型設(shè)備以來,快速成型這一先進(jìn)制造技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展。各國對(duì)快速成型的新材料、新工藝的研究也一直在不斷的探索中。由于目前快速成型材料比較昂貴,在很大程度上制約了快速成型的普及化,因此廉價(jià)的新型材料和新工藝迅速成為研究的熱點(diǎn)。木粉與目前快速成型材料相比具有廉價(jià)、環(huán)保的優(yōu)勢(shì),而且制備也比較簡單,所以將木粉作為主要材料進(jìn)行快速原型制造必然有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文圍繞基于木粉的快速成型的成型工藝展開研究,研究的主要內(nèi)容包括輪廓掃描路徑的生成算法、快速成型的工藝參數(shù)對(duì)成型質(zhì)量與效率等的影響研究以及提高制件強(qiáng)度的工藝方法。 對(duì)基于STL模型的分層算法以及掃描路徑的生成算法進(jìn)行了研究,提出更優(yōu)分層算法,并詳細(xì)分析了分層算法及路徑生成算法對(duì)成型效率和成型質(zhì)量的影響。結(jié)合基于木粉的快速成型工藝的特點(diǎn),提出了更優(yōu)的掃描路徑生成算法—復(fù)合掃描路徑生成算法,其思想是將輪廓偏置掃描與分區(qū)域往復(fù)掃描相結(jié)合。此掃描方式結(jié)合了輪廓掃描精度高、分區(qū)域往復(fù)掃描快捷穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),一定程度上克服了輪廓偏置掃描速度慢、算法復(fù)雜和分區(qū)域往復(fù)掃描精度不高的缺陷。 通過對(duì)木粉和熱熔膠混合粉末的燒結(jié)成型實(shí)驗(yàn)的研究,分析了快速成型工藝參數(shù)對(duì)成型件質(zhì)量的影響;通過實(shí)驗(yàn)分析了激光功率、掃描速度、掃描間距、分層厚度、掃描方式等工藝參數(shù)對(duì)成型質(zhì)量與效率的影響,得出了主要工藝參數(shù)對(duì)成型質(zhì)量與效率的影響規(guī)律;綜合工藝參數(shù)對(duì)成型制件質(zhì)量與效率的影響,給出了工藝參數(shù)的優(yōu)化配置。 針對(duì)成型件強(qiáng)度偏低的缺點(diǎn)并結(jié)合材料自身特點(diǎn),提出了制件強(qiáng)度強(qiáng)度提高理論,在每一層鋪粉時(shí)加入“壓實(shí)”工序,提高粉末層的致密性來提高強(qiáng)度;通過層收縮率補(bǔ)償來提高制件強(qiáng)度;調(diào)整熱熔膠和木粉的混合比例、添加偶聯(lián)劑、選擇強(qiáng)度和粘接力更高的膠類以及更優(yōu)的后處理等。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH166
【圖文】：

HPRS一m快速成型機(jī)，激光功率最大為 50WC02激光器，可按0一100%比率選取，掃描速度0.7一4.0m/s，激光模式(反映了激光光斑電磁場(chǎng)的分布情況)為零階模(即基模，在激光加工中，基模的模式好)，其激光束的功率分布如圖4一6所示:圖4一7激光器功率分布從圖4一7中可以看出，離激光束中心越近，光強(qiáng)越高，相同的時(shí)間段里，混合粉末獲得的能量越多;相反，離激光束越遠(yuǎn)，光強(qiáng)越弱，相同的時(shí)間段里，混合粉末獲得的能量就越少。當(dāng)然，激光束以外區(qū)域，光強(qiáng)趨近于零，那么該處獲得的能量也就趨近于零。從而可以得知，激光束照射的粉末表面因光強(qiáng)不一樣，混合粉末中的膠的熔融程度和深度也不一樣。越靠近光斑中心，膠熔融的越充分，深度也越深，越遠(yuǎn)離中心，膠熔融的越不充分，深度也越較淺【481，如圖4一8所示。顯然

“低能量區(qū)域”的熱熔膠粉末己經(jīng)不能夠獲得足夠的能量而發(fā)生充分熔融，所以要求在激光光路設(shè)計(jì)上應(yīng)使其熱影響區(qū)要有一定的重疊，從而保證燒結(jié)區(qū)域內(nèi)全部熱熔膠粉末都能發(fā)生充分熔融，如圖4一13所示。掃描重疊量與掃描間距的關(guān)系如圖4一14所示，掃描間距加大，掃描重疊量減少，則兩相鄰的掃描路徑熱影響區(qū)重疊部分就會(huì)減少，超過一定的限度就會(huì)有一部分粉末同時(shí)處于相鄰兩掃描路徑熱影響區(qū)“低能量區(qū)域”，那么處于這個(gè)區(qū)域的熱熔膠粉末就不能充分熔融，輕則影響成型件的成型強(qiáng)度，重則可能使成型件不能成型。但是掃描路徑過于靠近，掃描重疊量加大，使熱影響區(qū)域過于重疊，輸入能量過大，出現(xiàn)表面蜂洞以及底部粘粉現(xiàn)象，甚至可能使下層重新熔融再粘結(jié)，從而造成制件精度質(zhì)量嚴(yán)重下降。當(dāng)然，掃描間距的大小同時(shí)也影響著制件的成型效率。掃描相同的面積時(shí)，掃描間距越大

圖后強(qiáng)化/表面處理圖4一1快速成型的全過程(2)三維模型的切片處理快速原型制造方法是在計(jì)算機(jī)造型技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)材料科學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在快速原型制造系統(tǒng)中，除了快速成型設(shè)備硬件外，還必須配備將CAD數(shù)據(jù)模型、激光掃描系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連接起來并協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的專用操控軟件，該套軟件通常稱為切片軟件腳~32]。由于快速成型是按一層層截面形狀來進(jìn)行加工的，因此，加工前必須在三維模型上，用切片軟件，沿成型的高度方向，每隔一定的間隔進(jìn)行切片處理，·以便提取界面的輪廓，如圖4一2為切片軟件讀入三維模型后的顯示畫面。間隔的大小根據(jù)被成型件精度

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本文編號(hào)：2780545