1 韶关学院 物理与机电工程学院, 广东 韶关 512005
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
为解决复杂结构金属梯度材料零件制造技术的难题, 对成分梯度材料零件的激光选区熔化成型方法展开了研究。通过零件梯度设计法结合多组扫描路径数据文件及一个txt格式文件, 实现了成分梯度材料零件增材制造数据的获取; 通过双轴摆动的粉末实时混合均布装置实现了梯度成分粉末的实时混合及均布; 采用柔性清扫回收原理解决激光选区熔化制造梯度材料零件时同层内不同粉末的清理回收问题。利用自主研发的梯度材料零件激光选区熔化成型系统展开了实验验证。获得了4340+CuSn10梯度材料零件, 颜色上呈明显的梯度过渡, 对其前侧面及上表面进行EDS分析, 发现中间3个梯度区域Fe的平均质量百分比在垂直方向分别为4.94%, 36.49%, 59.16%, 在水平方向分别为1288%, 41%, 53.59%, 在不同层之间、同一层不同区域之间均呈梯度变化。该方法可实现成分梯度材料零件自由增材制造, 为该类零件的制造提供了新的选择。
激光选区熔化 梯度材料 金属零件 增材制造 selective laser melting gradient material metal parts additive manufacturing
1 韶关学院物理与机电工程学院, 广东 韶关 512005
2 华南理工大学机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640
3 湖南科技大学 先进矿山装备教育部工程研究中心, 湖南 湘潭 411201
本文主要研究了孔隙率等参数可控的自动超轻结构化金属零件的增材制造。以方块零件及一个具有复杂外形的零件为研究对象, 分析了面向激光选区熔化工艺的可控超轻结构化零件的孔隙生成效果, 重点探讨了成型工艺对超轻结构化零件孔隙率的影响。结果显示: 通过计算机数值计算, 可将方块CAD模型快速自动转化为可控超轻结构化模型, 计算孔隙率误差可控制在±2%以内; 激光深穿透现象会导致带悬垂面内壁的壁厚增加, 所引起的孔隙率误差值为负值, 且计算孔隙率越大, 负值倾向越严重; 而成型工艺性不致密导致的孔隙率误差为正值, 且在相同工艺条件下, 计算孔隙率越大, 该误差值越小。故为使总孔隙率误差能较好地反映超轻结构网格孔隙的控制精度, 应提高成型时实体部分的致密性。按45%设定孔隙率成功地将具有复杂结构的零件转化为计算孔隙率为44.62%的超轻结构化模型, 采用高致密性激光选区熔化工艺成型后, 实测孔隙率为42.94%, 无悬垂面的内壁壁厚误差≤0.06 mm, 达到了较好的超轻结构控制效果。
增材制造 激光选区熔化 超轻结构 金属零件 Additive manufacturing selective laser melting ultra-light structure metal parts
1 沈阳工业大学 机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
2 沈阳大学 机械工程学院, 辽宁 沈阳 110044
对金属零件激光成形过程闭环控制系统中, 熔覆宽度的检测技术进行了研究, 提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像, 经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程, 应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计, 得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值, 从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差, 测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明: 将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。
熔宽检测 卡尔曼滤波 状态估计 金属零件激光成形 熔池图像 molten pool width detection Kalman filter state estimation metal parts laser forming molten pool image 红外与激光工程
2016, 45(12): 1206003
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学 计算机科学与软件学院, 天津 300387
针对钣金零件轮廓尺寸高精度测量面临尺度增大造成的测量精度下降问题, 提出了准确获取零件上表面的边缘方法和厚度转换模型。首先, 结合光学成像理论分析了背光光源下不同厚度钣金零件的边缘特性, 提出厚度零件具有上下边缘特征, 然后根据平板零件图像的边缘分布特征, 采用Canny算子初定位边缘, 用多项式拟合算法实现亚像素边缘精确提取, 对含有上下边缘的轮廓提出平均距离法获得上表面边缘, 并针对厚度引入的误差提出了厚度转换模型进行边缘修正, 获取零件在标定平面上的真实边缘, 最终结合标定数据求取零件尺寸。实验结果表明, 在1×0.75 m2的视场内, 1~5 mm厚、500 mm×500 mm零件的测量精度达到了0.05 mm, 满足了钣金加工测量的需求。
尺寸测量 钣金 亚像素 上下边缘 厚度转换 dimensional measurement sheet metal parts sub-pixel upper and lower edge thickness converting 红外与激光工程
2016, 45(6): 0617010
1 华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州 510640
2 广州瑞通激光科技有限公司,广东 广州 510380
为提高快速制造金属零件的效率,同时保证零件具有良好精度及一定的力学性能,提出一种基于选区激光熔化技术的变密度快速制造工艺:将零件分为壳体区及内部填充区两个成型区域,壳体区采用致密态工艺成型,内部填充区采用非致密态工艺成型。分析了非致密态组织与致密态组织之间的过渡工艺条件:通过调整工艺参数控制对固体基础的熔化量,可实现非致密态组织与致密态组织的切换。采用316 L不锈钢粉进行的成型实验表明,采用变密度制造工艺,相对于仅采用致密态成型工艺,成型效率大幅提高,成型件重量大大减轻,且合理设置壳体厚度后,成型件可获得足够硬度;对尺寸较大的零件,还能明显改善成型精度。
激光技术 快速制造 变密度 选区激光熔化 金属零件
华南理工大学机械工程学院, 广东 广州 510641
对金属粉末材料进行了自动化成型工艺实验，结合实验，研究了影响金属零件直接自动化成型的硬件因素、软件因素和材料因素。其中硬件的影响主要是激光的光束质量和功率、聚焦系统、扫描系统和铺粉系统等;软件的影响主要是扫描策略、切片软件的使用和CAD模型的建立等;材料方面的影响主要是材料的成分、熔点、粒度和粉末的粒径等。通过针对不同成分和粒度的粉末材料的实验，获得了从CAD模型到分层制造出金属实体的样件，结果表明，成型零件的致密度达100%，尺寸精度小于0.1 mm，是完全冶金结合的具有较高成型精度的金属零件。
光学设计与制造 选区激光熔化 快速成型 金属零件 扫描振镜
华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
通过系统的工艺试验,对LOM金属零件和模具制造中的激光切割工艺与表面光洁度的关系进行了研究,探讨了激光切割各主要工艺参数对切割质量的影响规律。研究结果表明: 在研究获得的较佳工艺条件下,所得光整表面的粗糙度Ra值可达0.7 μm,从而为金属零件和模具LOM分层快速制造中的激光表面光整工艺提供了实验依据。
金属零件及模具 分层制造 激光光整 不锈钢薄板
