航空鋁合金薄壁零件3D打印技術(shù)研究

1、航空鋁合金薄壁零件3D 打印技術(shù)爭辯13D 打印技術(shù)基本概述3D 打印技術(shù)屬于一種快速成型技術(shù)，并且在快速成形技術(shù)中占據(jù)重要組成部分。3D 打印技術(shù)又被人們稱為增材制造，能夠?qū)⒉煌冗M(jìn)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，比如，計(jì)算機(jī)幫助制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)數(shù)把握造技術(shù)等，集不同技術(shù)于一體的加工方式。3D打印技術(shù)的主流成形技術(shù)包含很多內(nèi)容方式，比如，熔融沉積法、直接金屬粉末激光燒結(jié)法、光固化法以及選擇性激光熔化法等1。 3D打印技術(shù)的思想最早起源于層疊成型理論當(dāng)中，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與進(jìn)展， 使得計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)技術(shù)得到優(yōu)化與廣泛應(yīng)用。3D 打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的制造工藝，有著自身的

2、優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。3D 打印技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)，形成并制造出較為簡單的形態(tài)產(chǎn)品。在實(shí)際加工過程中，不需要進(jìn)行費(fèi)勁的切削。這對(duì)企業(yè)而言不僅可以節(jié)省更多成本，同時(shí)在最大程度上避開鋪張問題的消滅。除此之外，3D 打印技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)物化，對(duì)設(shè)計(jì)工作、選型工作做出檢查與分析，降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)的更好進(jìn)展打下基礎(chǔ)。航空鋁合金薄壁零件上3D 打印技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)將 3D 打印技術(shù)應(yīng)用在航空鋁合金薄壁零件具備肯定的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)中：2.1 制作簡單零部件產(chǎn)品較為快速。3D 打印技術(shù)能夠?qū)^為簡單的零部件進(jìn)行快速的加工制造，并且在這一過程中，可以不使用模具。直接可以將計(jì)算機(jī)當(dāng)中的設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化

3、為實(shí)體的零件， 為相關(guān)工作人員減輕工作量，同時(shí)可以在很大程度上避開純手工操作方式帶來的影響與誤差。3D 打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)的制造工藝而言，縮短簡單零部件的制造時(shí)間，削減產(chǎn)品的開發(fā)周期，為相關(guān)企業(yè)節(jié)省更多成本的同時(shí)，使得研發(fā)的產(chǎn)品能夠更快投放到市場中，為企業(yè)制造更多經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。2.2實(shí)現(xiàn)原材料的高效利用。將3D打印技術(shù)應(yīng)用在航空鋁合金薄壁零件上，可以使原材料的利用率得到提升，并且保證在實(shí)際的打印成型過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的充分利用。在打印完產(chǎn)品后，只需要進(jìn)行簡潔的后續(xù)處理，就可以投入到使用中2。 實(shí)際原材料的利用率可以達(dá)到60%， 最高可以達(dá)到90%的利用率。傳統(tǒng)的制造方式，會(huì)造成材料鋪張問

4、題，特殊是在航空簡單零部件的加工過程中，材料的使用率很低。這不僅會(huì)造成材料鋪張問題，同時(shí)使得加工成本增加。2.3促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化。3D打印技術(shù)科學(xué)合理的利用，能夠在保證性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與完善，在最大程度上避開零部件質(zhì)量問題的產(chǎn)生。相較于傳統(tǒng)拼接構(gòu)件，可以強(qiáng)化對(duì)部件的整體制造，并且不需要使用焊接工藝或者是鉚接工藝。將簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，使得產(chǎn)品重量得到削減。通過對(duì)零部件的優(yōu)化， 使得零部件應(yīng)力分布的合理性得到保障，防止由于疲憊裂紋而造成危急事故，進(jìn)而保證零部件結(jié)構(gòu)的完整性與強(qiáng)度。航空鋁合金薄壁零件上3D 打印技術(shù)的應(yīng)用在機(jī)械定位誤差中的應(yīng)用。在將3D打印技術(shù)應(yīng)用在航空鋁合金薄

5、壁零件時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)3D 打印機(jī)的充分利用。實(shí)際3D 打印機(jī)在運(yùn)行過程中，會(huì)受到電機(jī)的把握。電機(jī)各個(gè)零部件，對(duì)系統(tǒng)的平平穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生肯定影響。在層面打印期間，X軸與Y軸方向會(huì)存在肯定慣性， 從而使得掃描尺寸以及成型件設(shè)計(jì)尺寸存在肯定偏差。與此同時(shí)，由于掃描系統(tǒng)在工作過程中，會(huì)存在相應(yīng)的加速過程中，所以，會(huì)產(chǎn)生肯定的固化不均勻現(xiàn)象，進(jìn)而消滅誤差。對(duì)于Z軸方向的把握，通常狀況下是由絲杠開放相應(yīng)把握工作3。 利用上下移動(dòng)，完成成型加工操作?？偠灾?，在機(jī)械定位誤差當(dāng)中，要加強(qiáng)對(duì)3D 打印技術(shù)的利用，從而將誤差問題把握在合理范圍內(nèi)。3.2 在匹配誤差中的應(yīng)用。在實(shí)際3D 打印過程中，擠出頭會(huì)噴出熔融材

6、料，熔融材料有著肯定的寬度與肯定體量。假如與噴頭的運(yùn)行速度以及運(yùn)行路徑不匹配，那么實(shí)際打印輪廓與抱負(fù)中的打印輪廓將會(huì)存在肯定誤差，填充物的實(shí)際結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)存在偏差問題，從而產(chǎn)生打印誤差問題的消滅。但是，在 3D 打印過程中，結(jié)合擠出熔融材料的量，以及擠出速度等影響因素，對(duì)補(bǔ)償量以及速度進(jìn)行計(jì)算，從而將誤差把握在有效范圍內(nèi)，盡管無法避開誤差的消滅，但是也可以對(duì)誤差進(jìn)行把握。最為抱負(fù)的狀態(tài)是， 肯定時(shí)間內(nèi)擠出頭擠出的熔融材料體量，與實(shí)際填充體量相同，并且填充材料的橫截面能夠在最大程度上保持為矩形4。 但是由于擠出頭的運(yùn)行與實(shí)際基礎(chǔ)材料量在理論上無法實(shí)現(xiàn)匹配，所以， 使得填充材料的橫截面外形消滅變化。

7、3.3FDM成型技術(shù)的應(yīng)用。FDM成型技術(shù)也就是人們所說的熔融沉積成型技術(shù)，熔融沉積成型技術(shù)的實(shí)際工作原理是，電機(jī)等不同裝置，將熱塑性材料輸送到加熱器當(dāng)中，并且在加熱器內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加熱溶化。接著利用噴頭底部的微細(xì)噴嘴，將已經(jīng)溶化的材料，經(jīng)過肯定的壓力，將材料噴出。被噴出的材料在經(jīng)過已經(jīng)被設(shè)計(jì)好的噴頭軌跡，將會(huì)形成熔結(jié)層面。當(dāng)一個(gè)層打印完成后， 工作臺(tái)將會(huì)移動(dòng)到另一個(gè)層當(dāng)中進(jìn)行打印，直至打印出完整實(shí)體。通常狀況下該種原理的打印機(jī)，實(shí)際結(jié)構(gòu)較為簡潔，并且所花費(fèi)的成本相對(duì)較低，成形尺寸較大。同時(shí)也存在肯定缺點(diǎn)，比如，產(chǎn)品質(zhì)量有待提升，并且需要相應(yīng)的設(shè)計(jì)供應(yīng)幫助。所以，此種類型打印機(jī)更加適用于桌面級(jí)工業(yè)

8、產(chǎn)品使用或者低精度工業(yè)產(chǎn)品使用。在FDM 成型技術(shù)下的3D 打印機(jī)設(shè)備包含不同系統(tǒng)，比如，加熱系統(tǒng)、把握系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)主要是通過對(duì)電阻絲的合理利用，對(duì)材料進(jìn)行加熱使其呈彈性流體狀態(tài)，這樣更簡潔被擠出。把握系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是，對(duì)噴頭的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行把握，同時(shí)將出料寬度參數(shù)以及加熱溫度參數(shù)把握在合理范圍內(nèi)5。 機(jī)械系統(tǒng)包含不同系統(tǒng)，比如，成型室系統(tǒng)、裝置系統(tǒng)等。能夠應(yīng)用FDM成型技術(shù)的材料，通常狀況下，屬于 ABS聚合物材料、尼龍材料等。材料性能對(duì)加熱系統(tǒng)噴嘴溫度會(huì)產(chǎn)生直接影響，加強(qiáng)對(duì)噴嘴溫度的把握，可以在肯定程度上使得材料的積累性能以及出料流量得到保障。通俗來講

9、就是噴嘴溫度，會(huì)直接影響打印產(chǎn)品質(zhì)量。因此，為使得打印產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，需要將噴嘴溫度把握在合理范圍內(nèi)，一般狀況下，在出料具有合適粘性系數(shù)的流體狀態(tài)范圍內(nèi)選擇。由于，假如噴嘴溫度較低，那么粘度將會(huì)變差，流淌性較強(qiáng)，那么材料被擠出的速度較快， 從而導(dǎo)致出絲直徑無法被有效把握，導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量無法保障。假如噴嘴溫度較高，那么材料需要較長的冷卻時(shí)間。材料在沒有被冷卻到肯定狀態(tài)的狀況下，后一層被擠出直接壓到前一層上，使得材料無法定型。3.4 激光燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用。激光燒結(jié)技術(shù)也可以將其分為不同的技術(shù)類型，比如，直接激光燒結(jié)技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)等。 不同技術(shù)之前的原理大致相同，在本文主要是對(duì)選擇性激光

10、燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行分析與闡述。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)原理與選擇性激光溶化技術(shù)大致相同，在零件加工過程中，都需要里層積累6。 同時(shí)要保證具備較高的能量密度，這樣才能確保粉末能夠被全部溶化。在功率較高的激光束影響與作用下，金屬粉末可以保證全部溶化，在對(duì)其進(jìn)行散熱與冷卻操作后，可以與固體金屬之間進(jìn)行致密的冶金結(jié)合，不斷累計(jì)，形成三維實(shí)體。SLS設(shè)備由不同的系統(tǒng)構(gòu)成，比如，加熱系統(tǒng)、光學(xué)掃描系統(tǒng)以及把握系統(tǒng)等。在實(shí)際的3D 打印成型過程中，需要留意以下幾點(diǎn)問題：第一， 對(duì)將要被加工的三維實(shí)體零件切片文件進(jìn)行讀取，并且將適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)加入到其中，從而形成相應(yīng)的激光掃描路徑把握代碼。其次，鋪粉裝置在實(shí)際的工作過程中，需要在其工作臺(tái)面上鋪