选择性激光烧结快速成型铺粉装置的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

课题来源，背景，是来自于当前前沿制造技术的部分，增材技术是当今社会个很好的发展趋势，因此，这要求我们科研者具有开拓创新精神，致力于该方向的研究。

，研究的目的和意义，本文主要是对制造技术的铺粉装置的设计，它对成形工件的质量的影响是十分重大的，它的改进，优化或者设计创新对以后的在增材制造技术领域或有很多重大的突破。

，快速成型技术的当前背景和研究现状以及它的铺粉装置的当前的研究的现状。

选择性激光烧结的铺粉装置设计铺粉装置的总体设计选择性激光烧结快速成型机主要由数据处理和成型执行机构两大部分组成。

数据处理部分包括根据三维模型构建加工轨迹的离散过程软件，并由与快速成型机配套的计算机处理。

成型执行机构部分根据离散后的信息由数控设备来完成执行和控制加工过程。

本文对执行机构即铺粉装置进行了两种方案的构思，所设计方案如下所示铺粉装置第种方案铺粉装置的原理选择性激光烧结快速成型机执行机构原理如下图，由工作台，铺粉装置，激光器，激光光路发生系统外加辅助系统组成。

铺粉装置主要由伺服电机，滚珠丝杠，铺粉轧筒，工作缸体，齿轮和齿条等组成。

在烧结前或烧结过程中，把要烧结的粉末倒入供粉缸中，根据工艺要求对供粉缸进行预热，预热温度用温度传感器进行检测，并能进行闭环自动控制。

待供粉缸中的粉末达到预定的预热温度后，由计算机发出指令，控制铺粉轧筒由供粉缸向成形缸移动，把供粉缸的活塞顶起的定量的粉末均匀，平整地铺在成型缸的工作面上，激光开始扫描烧结。

如此循环往复，层层堆积直至整个零件完成为止。

在这工作过程中，密封装置使工作腔保持密封，其作用是保持工作具有恒定的温度二是保证粉末只在工作腔内活动，余料回收方便三是避免烧结过程中发生氧化反应。

图成型机构工作原理图，齿轮，工作台，铺粉轧筒，工件，激光发生器，活塞，滚珠丝杠，供粉缸，成形缸，伺服电机铺粉装置的机构图铺粉装置的结构铺粉装置的第二种方案该铺粉装置的工作原理和第种方案基本是差不多，但是它在机构的设计中未选择用联轴器连接而是选择使用齿轮传动，而且在成形缸的右侧设置了废料回收缸，以便能够节约材料，让材料得到充分利用。

其结构如下图所示图铺粉装置的机构方案的比较及最终选择方案与方案二的比较分析得知，方案装配简单，结构紧凑，粉末层的密度可通过步进电机进行适当的调节，方案二结构虽复杂，但从节约原材料的角度去考虑，而且齿轮传动工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数，传动效率高，所以方案二是个可行性方案。

通过比较，选择设计方案二，进行设计和论证。

设计方案的要求工作内容和要求成型空间最大成型件的重量约为烧结深度托盘的层间下降距离方向的定位精度本章总结本章主要是对铺粉装置整体的个构思，通过分析比较，确定最终的选择方案，而且所设计的方案主要是在本文第章所阐述的式的铺粉装置，当前国内主流是式的铺粉装置，而国外选择的多是式的铺粉装置。

所以鉴于此，选择尝试设计式的铺粉装置。

铺粉装置的结构设计主机主机主要由成型工作缸，废料回收缸，铺粉轮筒装置，送料工作缸，激光器振镜式动态聚焦扫描系统，机身与机壳等组成。

成型工作缸在缸中完成零件的加工，工作缸每次下降的距离及为层厚。

零件加工完后，缸升起时，边取出制件和为下次假工作准备。

工作缸为圆型缸，下部有活塞装置，活塞杆由连接装置连接丝杠螺母装置。

丝杠有步进电机驱动，丝杠转动，带动丝杠螺母上下移动，通过连接件从而使活塞作上下运动。

具体结构如下图图传动部件结构尺寸底为直径毫米的圆形，高为毫米。

丝杠的设计丝杠的类型的确定滚珠丝杠副的组成及其特点滚珠丝杠副是种新型的螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动元件滚珠。

它由丝杠，螺母，滚珠和反向器四部分组成。

当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返向通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。

与滑动丝杠副相比较，滚珠丝杠副除上述的优点外，还具有轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长等优点。

但由于不能自锁，具有传动可逆性，在用作升降传动机构时，需要采取制动措施。

从作用上来看，两者相同从应用上去看，滚珠丝杠多用于数控机床，定位工作台。

而滑动丝杠般仅用于传递力，无较高定位要求不长的场合。

基于选择性激光烧结的快速成型技术的铺粉装置的设计要求，定位精度要较高，因为滚珠丝杠副更适合于此。

丝杠的设计丝杠的导程计算导程工作台最大移动速度电机最大转速传动比，从输出端马达至输入端丝杠的传动比。

通过对已知条件的比较，初步选定丝杠导程为。

丝杠螺母位置简图如下图滚珠丝杠滚珠丝杠进给力的计算在设计滚珠丝杠时，首先确定其名义直径，螺距及滚珠直径等，确定上述参数般是放在防止疲劳点蚀的基础上，对滚道上的点而言，其应力状态是交变的接触力。

因此设计时必须保证它在定轴向负载的作用下，这种名义直径和螺距的滚珠丝杠回转百万转后，不产生点蚀现象，这个负载成为滚珠丝杠的最大动载荷。

作用在滚珠丝杠上的进给力主要包括上下运动件及成型原料的重力和运动件间摩檫力，其数值大小模拟机床丝杠导轨的计算大小。

对于活塞，牵引力可由下式计算΄式中重力颠覆力矩影响的实验系数΄运动件上摩檫系数移动部件重量由于此设计采用的运动件摩擦较小，所以΄，取΄，滚珠丝杠的刚度计算轴向总刚度滚珠丝杠传动系统的刚度受到所有与其相连的部件如轴承支承螺母座等的影响。

图丝杠传动副公式传动系统轴向总刚度支承轴承刚度丝杠刚度螺母刚度轴向负荷支承选取，将确定出的各项数值代入接触强度校核公式，得接触强度满足要求。

图齿轮步进电机的设计采用步进电机作为送粉缸和成型缸的驱动装置步进电机是种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成线位移或角位移的控制电动机，由于步进电机的步距角或转速，不受电压波动和负载的影响，不受环境条件温度，压力，冲击和振动的限制，仅与脉冲频率同步，能按控制脉冲的要求立即启动，停止，反转或改变转速，它每转都有固定的步数，在步丢步的情况下运行时，步距误差不会长期积累，并且步进电机与单片机技术相结合，使其优点得到充分发挥，基于这些优点再结合本装置，故采用步进电机。

步进电机选择类型，类型的选择通常情况下，步进电机分为三种类型永磁式步进电动机，它的优点就是功率小在断电的情况下，有定位转矩。

缺点就是步距大，启动频率低。

反应式步进电机。

优点在于能做成多相，结构简单，且经久耐用。

永磁感应式步进电机混合型电机。

具有步距小和较高频率，兼控制功率小的优点，缺点就是结构较为复杂。

基于本装置的要求，提升装置精度高，动态响应快。

故通过比较，选择采用混合型步进电机。

，电机步距角的选择般电机的个步距角对应控制系统定位精度的，由于轴的精度要求为，丝杠导程选择为可初步选择步距角的步进电机，选择永磁感应子式步进机具体参数绝缘电阻绝缘强度温升环境温度绝缘等级图电机结构矩频特性图矩频特性图电机相数电压电流电阻Ω电感静转矩长度宽度出轴长轴径。

废料回收缸废料回收缸为回收铺粉是溢出的粉末材料之用。

回收缸的尺寸为，用螺栓螺母配合，固定于机身上。

铺粉滚筒装置包括铺粉滚筒及其驱动系统，其作用是把粉末材料均匀的铺平在工作缸上。

滚筒由钢芯和包裹于外部的塑料组成。

上部套在圆形导轨之上，由丝杠传动，实现方向的进给运动。

每次工作时，铺粉筒先运动至右限位，而后退回。

图铺粉滚筒装置送料工作缸提供烧结所需的粉末材料。

结构设计与成型缸基本相同，因要保证供料充足，所以体积要比成型缸大，高为。

激光器提供烧结粉末材料所需的能源。

用于固态粉末烧结的激光器有以下几种二氧化碳激光器激光器根据应用蜡粉材料，选用二氧化碳激光器列表如下表激光参数根据年所产激光器各项性能指标统计，其购买成本假设千美元台运行成本按每月计算，激光器耗损千美元台月，电力消耗千美元台月。

振镜式动态聚焦扫描系统振镜式动态聚焦扫描系统由扫描头和动态聚焦模块组成。

，扫描头上的两个镜子在步进电动机的控制下，把激光束反射到工作面预定的，坐标上。

动态聚焦模块通过步进电动机调节方向的焦距，使反射到，任意坐标点上的激光束始终聚焦在同平面上。

动态聚焦扫描系统和激光器的控制始终是同步的。

具体结构如图图振镜式动态聚焦扫描系统扫描工作台的方向运动由直径的丝杠驱动，而运动支撑有两个圆柱导轨完成，运行导轨直径。

驱动丝杠的电机选用型，静转矩可达。

扫描工作台的方向运动由直径的丝杠驱动，由直径的单圆柱导轨支撑。

驱动丝杠电机选用型步进电机，静转矩。

双圆柱导轨的结构特点圆柱面既是导向面，又是支撑面，结构简单，便于采用淬火钢，延长导轨寿命，减少磨擦力。

圆柱导轨在两端支撑上刚性较差，选用用较大的直径，导向面较大时精度稳定。

机身与机壳机身，机壳给整个快速成型系统提供机械支撑和所需的工作环境。

总结通过本学期的毕业设计，我较全面地掌握了快速成型中激光烧结技术的工作的原理和机械设计。

在进行设计时，我受益匪浅，想想这四年的学习。

能在这次毕业设计中体现出来，实属高兴，本次设计，我觉得我得到了这些收获很好的重温了三年的专业知识。

自己动手去学习等软件，完成了制图工作去图书馆查阅相关资料，完成自己的毕业设计，使我明白，知识的积累需要自己通过实践，才能得到。

其实，在这次设计中，得到的远不止这些，碍于篇幅，就不在叙述，我相信，这次的毕业设计，给我生都是受益匪浅的。

致谢在毕业设计期间，我敬爱的导师周里群老师以其极为丰富的理论和实践经验，严禁的治学态度以及和蔼的处事方式，给了我很大的帮助。

本论文的研究和撰写更是在周里群老师的悉心指导下完成的。

周老师在学业上要求严格，认真指导，在生