激光烧结快速成型件的精度剖析

2018-06-01 09:02 作者:娱乐活动 来源:ag88环亚国际娱乐平台

  

一、前语
快速成型技能是20世纪80年代后期开展起来的一项高新技能[1]。它不只在制造原理上与传统办法全然不同,更重要的是在现在制造战略以商场响应速度为榜首的政策情况下,能够缩短商场开发周期,下降开发本钱,进步企业的竞争力。
快速成型技能具有以下长处:(1)技能集成度高,整个生产进程数字化;(2)制造本钱与产品的杂乱程度无关;(3)产品的单价简直与批量无关;(4)绿色的加工技能。以累加思维完成零件制造的快速成型技能是制造技能领域的一项重大突破,其理论、工艺的完善以及精度的进步等,对快速成型技能的遍及和运用有着极其重要的影响。
成型加工进程中,有必要确保必定的制造精度和外表质量,影响制件精度的要素是多方面的[2]。对成型加工精度的影响要素及改善办法的研讨,对快速成型技能的开展和遍及运用具有重要的含义[3,4]。本文实验所选用的快速成型设备是AFS快速成型机。

二、数据处理差错
2.1格局改换差错
CAD模型的STL格局改换便是用三角形面片迫临实践模型外表,改换为所谓的事实上的标准文件格局。STL文件的精度等级不同,所发生的改换差错也不同。STL文件的精度是指用STL格局拟合最大答应差错。实践上,假如原几许模型完全由直边组成,则STL格局拟合肯定精确,没有任何差错;不然,存在拟合差错。例如同一个圆别离运用4个及6个三角形的STL格局标明,如图1所示。改善包装机械设计办法的新思路


   由此可见,精度要求越高,三角形面片的数目越多,它所标明的模型与实践模型就越迫临,但与此一起,STL文件数据量也将剧增,加大了后续数据处理的运算量。别的,三角形面片也会随精度进步而变小,在模型的细节部位会呈现很多极为细微的三角形面片,增大数据处理的难度。并且在数据处理进程中常常发生丧命的过错。因而,较好的办法是依据工艺条件和制件的精度要求挑选恰当的STL格局精度。
2.1 分层切片差错
将CAD模型进行STL改换后,接着便要对其进行分层处理。分层是用一簇平行平面沿某一设定方向与STL模型求截交线得到概括信息。以半径为 的球体为例,如图2a所示,从中截出特定的一段,设其STL格局为图2b所示,这时其顶面和底面是距球心高度别离为 、 的两个圆,设其半径别离 、 。


 

  

  

  

三、设备差错
3.1 托板 方向运动差错
托板 方向运动差错直接影响堆积进程中层厚精度,终究导致Z方向发生尺度差错,而托板在垂直面内的运动直线度差错,微观上发生制件的形状、方位差错,微观上导致粗糙度值增大。因而,托板 方向体系要选用精细导轨、滚珠丝杠、伺服操控体系来进步 方向的运动精度。
3.2 X-Y方向同步带变形差错
X-Y扫描体系选用X-Y二维运动作业台,由步进电机驱动齿形同步带并带动光头运动。在定位时,因为同步带的变形,会影响定位的精度,常用的办法是经过设定方位补偿系数来减小其影响。为了调查其影响成果,咱们在AFS快速成型机上加工制件,别离在选用补偿系数和未选用补偿系数两种情况下作了实验。
下表即为选用补偿系数和未选用补偿系数时所测得的制件的实践尺度值,制件的名义尺度别离为2,5,10,15,20,25mm,所运用的光斑补偿直径别离为1.0mm和1.1mm。

  

  

(注:表中带有+号标明设定了同步带变形补偿值,其间同步带的X方向的补偿系数为1.017,Y方向的补偿系数为1.022。激光烧结快速成)
将上表中的制件差错用图形标明愈加直观,如图3所示,将制件的名义尺度用水平轴标明,制件的尺度差错用垂直轴标明,依据以上实验数据做图如下:

  

从图3能够看出,在相同光斑补偿直径的情况下,考虑同步带变形补偿系数所得到的制件尺度精度要高些。在这几种情况下运用1.1mm的光斑补偿直径并设定相应的补偿系数,制件的精度最高。
3.3 X-Y方向扫描运动差错
扫描进程中,改造用人机制 朝柴勃发活力。X-Y作业台存在以下问题:
(1)运动惯性力的影响 作业台在开端扫描阶段以稳定的加快度 从停止状况进步到设定扫描速度 ;在制动阶段,作业台以- 的加快度下降为停止状况,如图4所示。在一般情况下,作业台能很快地进入扫描状况,以速度 扫描,在挨近另一个边际处,速度逐步下降为0。作业台在发动和制动阶段,存在必定的惯性,使得作业台在制件边际部分将超出规划尺度的规模,导致制件的尺度有所添加。

(2)作业台振荡的影响 成型进程中,扫描组织对制件的截面作往复填充扫描,如图5所示。因为作业台在运动进程中自身具有一个固有频率,当扫描频率挨近体系的固有频率时,振荡增大,乃至呈现共振现象,制件将发生较大的差错。

四、固化成型差错
4.1 过固化差错
塑料粉末的固化宽度与深度是与其所吸收的激光均匀能量有关的。扫描速度越低,均匀能量越大,这时粉末固化宽度、深度越大,固化程度越高。在接近制件边际处,扫描速度越低,并且因为存在扫描方向的改换,构成必定时刻的停留,因而边际处粉末固化程度较高,呈现过固化。在这种情况下,当扫描一条直线时,直线的两头固化程度逐步添加,固化线呈两头大、中心小的哑铃型,如图6所示。

  

  

4.2 缩短变形差错
因为资料从粉末状到固态的聚合反应进程中要发生线性缩短和体积缩短,而线性缩短将导致在层堆积时发生层间应力,这种层间应力使制件变形,导致精度损失。这种变形的机理杂乱,与资料的成分、光敏性、聚合反应的速度有关。实践证明:经过开发低缩短、高强度的塑料粉末是进步制件精度的根本途径。而对同一功能的塑料粉末,改装传统深孔钻镗床提深邃孔加工。经过合理挑选制造工艺参数来进步制件精度也是一条有用的途径。

  

4.2 光斑补偿直径差错
相对于激光快速成型体系,AFS成型体系所用的光源构成的光斑直径要大一些,成型用的光点实践上是一个具有必定直径的光斑(塑料粉末面上光斑约0.5mm),成型中不能将光斑进似为光束能量集合的光点,光能量散布在整个光斑规模内,实践制件概括是光斑中心运转轨道上一系列固化点包络构成的,如图7所示。图中虚线部分为规划尺度,在成型进程中光斑中心沿虚线运动,实线部分为实践成型制件,它是由固化点的包络线构成的。这一固化特色不只添加了制件的尺度,在其角落处构成圆角,导致形状钝化,制件的概括形状变差,下降了制件形状精度,这使得一些小尺度的制件用这种大直径的光斑无法加工。


 

  

  

所以假如不选用补偿,所做出的制件实体部分实践上每侧大了一个光斑半径,使制件呈现正差错。为了减小或消除正差错,选用光斑补偿,使光斑扫描途径向实体内部缩进一个光斑半径。从理论上说,光斑扫描依照向实体内部缩进一个光斑半径的途径扫描,所得制件的尺度差错为零。
可是实践上,光斑直径是不容易操控的,它跟着装置的状况不同而改动。因为AFS快速成型机无光斑丈量组织,所以实践上的光斑直径巨细是不能够直接丈量的,需求依据制件差错巨细批改补偿直径巨细,使补偿直径巨细等于实践光斑直径。

  

  

五、后处理差错
后处理是指整个制件加工完成后的辅佐处理工艺,包含制件的清洗、打磨、外表喷涂以及后固化处理。改动刀片垫板资料方法来影响刀具。在后固化时,残留粉末固化不均匀缩短引起制件变形,发生后处理差错。因而,研讨具有杰出功能的粉末资料可减小因而对精度的影响。

六、几种可能的改善办法
经过对影响制件精度的各种要素的剖析,可对现有的设备提出以下几种可能的改善办法:
(1)对作业台进行运动平衡 固化成型进程中,作业台的运动精度是制约制件质量的一个关键要素。不只作业台的静态作业特性(X、Y方向导轨的直线度、合作部件之间的摩擦系数以及作业台的定位精度等)影响制件精度,因为成型扫描是往复运动的进程,尽量减轻作业台的质量以削减惯性,经过调整作业台的阻力系数以削减惯性的影响。另一方面,恰当进步作业台运动加快度,能够减小速度转化时刻,缩小制件过固化的区域。
(2)添加挡光体系 针对扫描体系加减速特征,在光路体系的前端添加挡光片,当作业台处于加快或减速阶段时,挡光片阻挠光线传输到光纤,只要到达正常扫描速度时,挡光片让开,使体系正常扫描固化,避免了制件边际过固化现象,进步制件的尺度精度,一起改善概括质量。
(3)适量添加光斑补偿 成型进程中的制件外形尺度,实践是一系列光斑的包络线包络构成的,光斑补偿的办法是经过批改制件的CAD数据尺度,在成型进程华夏制件的鸿沟等距离缩短必定数值,与光斑直径的添加量相互补偿,光斑补偿直径的巨细首要取决与粉末平面处的光斑巨细,一起考虑其他的要素的影响。在实践进程中,型件的精度剖析补偿直径的数值的巨细是经过实验断定。
(4)恰当调整定位补偿参数 将同步齿形带变形的影响考虑在内,依据下面的公式进行批改:定位补偿参数=名义尺度值/实测值 默许的补偿系数
经过运用上述改善办法,制件的精度有所进步,如图10所示。

  

  

七、定论
本文经过对影响制件精度的各种要素的剖析,以及将对作业台进行运动平衡、添加挡光体系、适量添加光斑补偿、恰当调整定位补偿参数等改善办法运用于实验,得到了精度较高的制件。由此阐明,本文所剖析的各种影响要素及所采纳的改善办法是正确的。

 

  

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