金属粉末床激光熔融路径规划与控制研究

作     者：刘旭东 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘继常;陈文

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：金属粉末床激光熔融 模型可视化 路径规划 路径控制 

摘      要：增材制造由于能够缩短新产品开发周期、满足人们的个性化需求,因而成为当前研究的热点。金属粉末床激光熔融能成形复杂结构的金属件,是金属增材制造的主要工艺之一。扫描路径规划与控制是实施金属粉末床激光熔融工艺的重要环节,研发合理的路径规划与控制方法,可以为新材料或新结构零件的成形提供灵活便捷的工艺参数调整空间。为此,本文开展了面向自主开发的金属粉末床激光熔融设备的路径规划与控制研究,工作内容如下:(1)STL数据模型的可视化处理。本文首先分析了增材制造标准文件格式STL的文本格式和二进制格式的数据结构特征,采用Visual C#编程语言和OpenGL图形程序编程接口,实现了STL格式文件的读取、模型显示及交互操作,以方便用户对模型进行观察。(2)提出分层算法与扫描路径优化方法。通过对当前STL数据模型的分层切片算法的分析,提出了一种新的基于三角形Z轴坐标的分层算法,实现数据模型的分层处理;对常用的路径规划算法进行实现;针对分区扫描中的分区拼接问题提出扫描路径优化方法。(3)激光扫描路径控制模块开发。针对金属粉末床激光熔融设备中激光器与扫描振镜的协同控制需求,结合RTC5控制卡的工作流程,开发了基于RTC5的激光扫描路径控制模块,实现了高精度、高效率的激光扫描路径控制。(4)成形试验。采用自主研制的金属粉末床激光熔融机,在激光功率125W、扫描速度50mm/s、铺粉厚度0.08mm和搭接率50%的工艺参数下进行分区扫描成形试验,所得试件的抗拉强度较优化前提升了4.1%,验证了分区拼接路径优化方法的有效性。