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金属零件快速成型的制造是当前快速成型领域的研究热点,本文通过电化学沉积技术和快速成型技术的有机结合得到了一种针对金属零件的直接快速成型技术--数控选区电化学沉积快速成型技术。它通过计算机控制沉积头在电解液中按照预先得到的二维轨迹运动和电流的通断,使溶液中金属离子在阴极板上有选择性的沉积,从而形成零件截面,沉积头提高一个层后继续沉积而形成零件的另外一个截面,如此循环就可得到一个三维零件。
本论文分析了沉积工艺的原理和数控选区电化学沉积快速成型的特点,研制了数控选区电化学沉积快速成型的设备系统,研究了数控选区电化学沉积快速成型工艺的补偿量和层厚值,规划了数控选区电化学沉积快速成型的轨迹路径,开发了切片分层软件,提出交错间隙平行往复填充的填充方法,最后完成了快速成型工艺的成型系统,并通过实验验证轨迹路径的合理性,研究内容如下:
1)搭建了基于“PC机+控制卡”数字控制系统的快速成型机,该机由支撑模块、运动执行模块、电沉积模块、机床控制模块以及液体循环系统等构成,能够实现三轴联动,可以满足数控选区电化学沉积快速成型的要求。
2)在电解溶液、电解温度等其它外部条件一定的情况下,实验研究了三类沉积头在电解液中的电力线分布情况,确定了包覆绝缘套的沉积头为最优沉积模型。实验研究了选区电化学沉积快速成型补偿量的各类影响因素。在工艺允许的范围内,阳极头直径越大、阴阳极间距离越小、电流密度越大、运动速度越快,则获得的补偿量越恒定且制件质量越高。通过大量的实验,在分析成型斑点质量的基础上,得到较好的沉积电参数。
3)本文研究的工艺轨迹规划的方法,可以表示为获取三维数据源、分层切片处理、交叉间隙填充轮廓线、数控代码生成四个过程。实验结果证明,该轨迹产生方法适合数控选区电化学沉积快速成型,能够制造出形状、尺寸满足一定精度的零件,本文所提出的交叉间隙补偿的填充方式也能够在一定程度上削弱尖端效应。
4)本文开发的快速成型软件具备读入实体文件、处理实体文件、显示成型零件、自动生成加工轨迹路径、自动控制加工过程、手动控制机床运动等功能,软件基于Windows XP环境的面对对象的用户界面设计,操作简单,运行稳定可靠。