论文基于SLM的金属3D打印轻量化技术与其应用，本文是打印方面学士学位论文范文与轻量化和金属和打印有关专科开题报告范文.
摘 要轻量化设计具有较多优势,主要体现在可节约成本、解决资源浪费等方面,除此之外还能够减轻产品重量,提高产品性能.在具体设计的过程中需要结合3D打印和SLM技术,明确设计原则及要点,确保能够满足结构优化、组件优化、适合SLM成型等多项要求.文章以飞机托架为例,对加工的过程及结果进行了详细探讨.
关键词SLM；金属3D打印；轻量化技术；应用
中图分类号：TH166
文献标识码：C
文章编号：2095-1205(2018)07-26-02
与其他国家相比,我国的金属3D打印仍处于发展的初期,但在专家人员持续不断的努力下也取得了一定的进展,并应用在了航空航天领域.目前多所重点院校正在此方面进行深入研究,各自的研究重点存在一定的差异,例如清华大学和北京航天航空大学分研究的重点分别是EB技术、钛合金激光快速成型.在研究过程中,最重要的是不断发现问题,处理零部件结构成型后的缺陷,优化加工工艺,促使研究结果更加可靠.
1 研究现状
1.1金属3D打印技术
3D打印只需通过CAD模型就能够制造零件,并且制造的是结构极其复杂的零件.与传统工艺相比具有较多优势,这就使得其在短时间内发展速度较快,能够处理的加工材料类型持续增多,加工精度也在不断提高,目前这项技术已经应用在了航空航天、汽车、建筑及艺术设计等多个领域,应用成果十分显著.而在整个3D打印体系中,金属3D属于潜能最大且应用效果最为显著的一项技术,是3D打印业发展的一个主要方向,在具体应用的过程中输入热源时采用激光电子束,通过融化金属粉末制成零件Ⅲ.在医疗、武器装备等领域应用前景十分广阔.
1.2轻量化技术
为了满足轻量化设计要求,可采取两种方式,第一是选择钛合金、铝合金等轻质类型的材料.第二是通过空中夹层及一体化等结构形式进行设计,满足轻量化要求.
以飞机的制造为例,在应用这项技术时可减少装配结构,并加工出与飞机性能相符合的零件,减轻飞机重量.
2 结构设计
2.1 SLM技术成型原理
SLM技术的成型采用的是高能激光束,可加工出组织精密的金属零件.其工艺操作主要包括以下几项要点.第一,利用CAD软件构建三维模型,并做切片离散处理,然后将模型导入成型设备中,第二,将切片信息导入计算机中,采取逐层导入的处理方式,然后加工融化金属粉末,加工成一层零件之后上升切片厚度,将粉末铺在成型缸上,并依次进行各层级的加工.第三,加工结束后将零件从基板上取下并做后续处理.
2.2轻量化结构设计
SLM技术能够满足具有个性化特点且要求复杂的零件设计,以小批量生产为主,可采用铝合金、混合金等材料,目前在航空航天、汽车等多个领域的应用规模在持续扩大.
2.2.1设计规则
第一,传统工艺在加工过程中要求设计者具有丰富的经验,确保其能够持续进行功能细分,找到相应结构时才能停止.而SLM技术可直接细分功能,并建立相应结构,在细分过程中的主要依据是物理需求.第二,在设计时需要以公理设计体系作为前提条件,结合功能需求加工零件,确保零件形状及结构达到相应的设计标准.
2.2.2设计要求
在设计过程中应满足以下几项要求.第一是结构优化,需要做好材料的分配工作,促使结构形状得到优化,控制材料使用量,实现轻量化设计,既可缩减成本,又能满足结构减重的要求.第二是组建优化,减少组件拼接,去除一些不必要的结构,进而减少零件数量,简化内腔结构.第三是和SLM成型,从理论层面来看.SLM技术成型时没有任何限制,但在实际加工的过程中加工工艺、几何特点都是重要的影响因素,导致SLM的无法成型某些形状结构.第四是满足需求,即在设计时应以实用功能作为前提条件,促使设计结果更加可靠.第五是方便后处理.即在满足基本的形状、尺寸等设计要求的情况下,还需要对毛坯件进行二次加工,这就要求结构形状能够方便后续处理.
3 设计及应用要点
在设计过程中应充分考尺寸、精度、支撑、材料粘连等各项要点,明确最大、最小几何尺寸的特点,了解成型精度与设备及材料之间的关系,把握好限制条件及模型数据的影响特点,并且应合理处理粘连缺陷,其会影响结构孔的形状及精度,因此需要建立数学模型,进行扫描处理.
在具体设计的过程中首先需要全方面分析用户需求,得出结论后可进行目标与方案的设计,充分考虑约束限制条件,确保能够满足功能要求.选择合适的设计方法及软件,并在此基础上对寻找疑难问题的解决方式,优化处理并对方案作整体性评估后可进行试加工,采用专业仪器进行检验,确保不存在问题后可正式生产.
4 技术应用
航空航天领域对轻量化要求较高,目的在于减轻飞机重量.通常情况下,飞机重量减轻一千克重量时可节约的运营费用高达7000多美元,并且有能够提高飞机的承载能力,促使飞机形状结构更加合理,下面就以发动机托架结构设计为例,对轻量化设计方式进行详细探讨.
飞机结构的重量与性能成反比,即重量越轻,飞机性能越好.如果飞机类型为战机,还能够增大航程,促使战机的机动性能更加突出.飞机的发动机构成较为复杂,零件多达数万个,发动机托架是一个十分重要的组成部分,分为承重、减震等多个组成部分.在设计时可从沉头孔人手,处理后的轻量化结构如图1所示.
个体单元为正六边形结构,可通过调整内、外边边长改变结构规格.在设计好零件之后应合理摆放零件模型,尽可能的减短成型时间,去除冗余支撑,而后将设计模型导入Magics软件中,添加支撑并调整尺寸,最后规划成型扫描策略,结束后保存为EPC格式,导入3D打印机中,目前此方面的已经有十分显著的研究成果,并且托架成型效果较好,几乎不存在变形等缺陷.与传统工艺相比,托架性能更加显著,基本达到了预期效果.另外,托架由蜂窝点阵结构连接,其与托架的成型效果密切相关,在扫描时可选择复合扫描法,但这样容易粘附粉末,主要是由于扫描时能量不足所导致的,在处理时可采用超声波工艺.
固定孔用于连接螺栓和机体,同样选择复合扫描法.如果发现不规则孔洞缺陷,通常是由于扫描时金属液飞溅所造成的,因此需要检测固定孔,并对内壁和表面进行二次加工,确保能够与设计要求相符.
5 小结
轻量化研究意义重大,在设计过程中需要运用力学、工程科学等多个方面的专业知识,可将研究成果应用于航空航天、医疗等多个领域.此外,在SLM成型过程中必须明确各项影响因素并作优化处理,促使零部件性能更加优越.
上文汇总:此文是一篇适合轻量化和金属和打印论文写作的大学硕士及关于打印本科毕业论文，相关打印开题报告范文和学术职称论文参考文献.
参考文献：
1、 新能源客车轻量化技术评析 目前,中国客车市场扩张的空间已越来越小,这是不争的事实 而新能源客车却在砥砺前行,热度不减,但在我国目前对新能源客车重点技术“抓手”的规划中,对电机、电控、电池三大部分比较重视.
2、 3D打印技术的最新应用 随着材料、效率这两大瓶颈的逐渐突破,3D 打印将不再是未来制造业、服务业和消费领域的配角,甚至可能像智能手机一样,成为不可或缺的标配3D打印技术是基于离散—堆积的成形原理,以数字模型文件为.
3、 新工科背景下3D打印开放式教学 摘要随着“新工科”建设的提出以及互联网技术的不断升级,传统实习教学模式的改变势在必行 近年来,3D打印技术正在迅速崛起,并将成为未来制造业的重要组成部分 3D打印技术作为一项较.
4、 基于轻量化自行车设计探析 摘要本文针对自行车的轻型性进行研究,根据情感化设计及人机工程学的设计方法进行设计研究 从产品形态结构、人机工程学、材料学、情感化和用户需求的角度出发剖析现有产品现状 旨在解决市场现有自行车的个性化问题.
5、 3D打印在定格动画中的应用 摘要定格动画一直以来都有制作时间缓慢,制作工程量大的缺点 随着3D打印技术的出现与应用,3D打印技术被部分定格动画师尝试着应用于传统偶动画中 3D打印技术不仅创作出许多优秀的定格动画影片,更是受到动画.
6、 国外图书馆3D打印服务与实践进展* 摘要文章通过文献调研和案例分析……研究方法,对国外图书馆的3D打印服务研究及实践进展进行了调研及分析,研究表明图书馆引入3D打印服务具有重要意义；图书馆3D打印服务分为自助型、引导型和依托型……3种模.