激光选区气化冻结浆料3D打印系统及其铺料过程研究

论文摘要

3D打印技术是改变传统制造理念和模式的一种颠覆性技术。3D打印技术具有材料能源消耗少、零件设计加工灵活、生产成本低、周期短等优点,在金属和高分子材料的成型领域已得到成熟应用,而多孔陶瓷材料熔点高、脆性大、孔隙结构难以控制,造成3D打印技术在多孔陶瓷上的进展比较缓慢。现有的多孔陶瓷材料3D打印方法在不同程度上存在材料难制备、加工效率低、坯体易变形、支撑结构不易去除、微观结构不可控等不足。为此,本文在系统分析了目前多孔陶瓷3D打印制备工艺存在问题的基础上,选择基于冻结陶瓷浆料的分层实体制造法（Frozen Slurry-based Laminated Object Manufacturing,FS-LOM）的 3D 打印工艺,设计一套激光选区气化冻结浆料的3D打印系统,主要实现该工艺中的铺料、冷冻、激光切割和叠层的过程。铺料过程的研究是本系统的研究重点。首先,通过实验对比了激光对不同液相介质陶瓷浆料的影响,确定水基陶瓷浆料作为系统的耗材;接着,在确定了送料装置和铺料装置后,通过实验分析了不同冷冻方式对浆料料层的影响和冷冻速度,选择半导体间接冷冻方式;最后,控制送料速度和铺料速度,实现铺料的过程。在机械系统方面,深入分析了现有常见的3D打印机的机身结构,参考笛卡尔式3D打印机作为整机框架;对激光光路的扫描方式和物镜的位置进行了理论分析,采用双坐标式、物镜后的激光扫描方案;对四轴运动中的光轴、轴承、丝杠、同步带及同步轮进行选型及计算;对打印平台的料层基台采用亲水型塑料作为第一层料层的铺设。在控制系统方面,先对硬件进行选型,主要包括主板、步进电机、驱动器、加热棒和热电偶,再根据其机械零件和电子元件的参数进行固件的配置,完成对主程序、温度控制程序和运动控制程序的设计。结合机械结构和控制系统的设计开发整套系统,对不同的模型、层厚精度和孔隙率进行试验验证,验证该系统的基本功能。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭元章

导师: 陈桦,王恒

关键词: 打印,多孔陶瓷,激光选区

来源: 西安工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 西安工业大学

基金: 陕西省科技统筹创新工程计划项目“义齿定制化制造方法”(编号:2014KTCQ01-22),国家自然科学基金项目

分类号: TQ174.1;TN249;TP391.73

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000109

总页数: 75

文件大小: 5721K

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