3D打印企業(yè)實例 課件 任務(wù)八 3D打印葉輪_第1頁
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文檔簡介

3D打印葉輪學習任務(wù)八工作情境描述

廣州快速制造有限公司生產(chǎn)部從市場部接到一份訂單,要求生產(chǎn)汽車渦輪增壓器中的葉輪零件,數(shù)量2件??蛻籼峁?D模型圖,交貨期為2天。

生產(chǎn)工程師接到工作任務(wù)后,通過任務(wù)單了解并分析客戶需求,根據(jù)客戶提供的3D模型圖,選擇加工方法、材料、設(shè)備等,制定打印工藝,填寫生產(chǎn)制造文檔,排包、生產(chǎn)打印、后續(xù)處理及檢測,完成后交付質(zhì)檢部驗收確認。填寫設(shè)備使用情況和維修記錄。目

錄06葉輪任務(wù)評價02制定葉輪3D打印方案03處理葉輪數(shù)據(jù)04葉輪打印成型05葉輪后處理01獲取葉輪3D打印任務(wù)學習活動1獲取葉輪3D打印任務(wù)1.閱讀任務(wù)單,表述打印葉輪工作任務(wù)1.組建團隊及任務(wù)分工團隊名稱團隊成員工作任務(wù)

團隊LOGO

2.發(fā)放《任務(wù)單》產(chǎn)品名稱葉輪編號

時間2天序號零件名稱規(guī)格圖形數(shù)量(套)生產(chǎn)要求1葉輪

見圖2加工完零件可直接使用;可作調(diào)整旋轉(zhuǎn);葉片曲面精度高。2

備注請在指定時間內(nèi)完成完成日期

生產(chǎn)數(shù)量套2生產(chǎn)部經(jīng)理意見(同意生產(chǎn))日期3.了解葉輪

葉輪又稱工作輪(如圖)是轉(zhuǎn)子上的最主要部件,一般由輪盤、輪蓋和葉片等零件組成,是渦輪式發(fā)動機、渦輪增壓發(fā)動機等的核心部件。氣(液)體在葉輪葉片的作用下,隨葉輪作高速旋轉(zhuǎn),氣(液)體受旋轉(zhuǎn)離心力的作用,以及在葉輪里的擴壓流動,使它通過葉輪后的壓力得到提高,比較常見的有汽車的。

葉輪作為動力機械的關(guān)鍵部件,其加工技術(shù)一直是制造業(yè)中的一個重要課題。隨著技術(shù)的發(fā)展,為了滿足機器高速、高推重的要求,在新的中小型機設(shè)計中大量采用整體結(jié)構(gòu)葉輪。圖

8-2葉輪

從整體式葉輪的幾何結(jié)構(gòu)和工藝過程可以看出:加工整體式葉輪時加工軌跡規(guī)劃的約束條件比較多,相鄰的葉片之間空間較小,加工時極易產(chǎn)生碰撞干涉,自動生成無干涉加工軌跡比較困難。因此在加工葉輪的過程中不僅要保證葉片表面的加工軌跡能夠滿足幾何準確性的要求,而且由于葉片的厚度有所限制,所以還要在實際加工中注意軌跡規(guī)劃以保持加工的質(zhì)量。3.了解葉輪

葉輪的形狀比較復(fù)雜,葉片的扭曲大,極易發(fā)生加工干涉,因此其加工的難點在于流道、葉片的粗、精加工。根據(jù)整體式葉輪的實際工作情況,整體葉輪的曲面部分精度高,工作中高速旋轉(zhuǎn),對動平衡的要求高等諸多要求,一般的工藝路線如下:(1)銑出整體外形,鉆、鏜中心定位孔;(2)精加工葉片頂端小面;(3)粗加工流道面;(4)精加工流道面;(5)精加工葉片面;(6)清角。圖8-3葉輪數(shù)控加工4.制造要求分析(1)加工產(chǎn)品名稱

,數(shù)量

,完成時間為

天。(2)此產(chǎn)品為

(A.成品B.測試件)。(3)選擇加工方法

(A.數(shù)控加工B.3D打?。?。因為,葉輪形狀

(A.復(fù)雜B.簡單),葉片的扭曲大,極易發(fā)生加工干涉,加工難度

(A.大B.小)。使用

(A.數(shù)控加工B.3D打?。┛梢院喕庸すに?、降低成本,做到較高的精度和復(fù)雜程度,直接生成零件,有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,是解決

(A.數(shù)控加工B.3D打?。?fù)雜零件編程加工難題的有效途徑。(4)本產(chǎn)品的生產(chǎn)要求:

根據(jù)以上制造要求分析,選擇

(A.SLMB.SLSC.SLA)3D打印技術(shù)。因為,

(A.SLMB.SLSC.SLA),主要打印尼龍材料,而

(A.SLMB.SLSC.SLA),打印金屬材料。本產(chǎn)品葉輪材料為

(A.尼龍B.金屬)。學習活動2制定葉輪3D打印方案了解SLM技術(shù)的原理

選擇性激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技術(shù),是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)。1.SLM打印技術(shù)簡介(1)工作原理圖8-4SLM技術(shù)工作原理圖加工(2)SLM技術(shù)和SLS技術(shù)的區(qū)別

SLM工藝一般需要添加支撐結(jié)構(gòu),其主要作用體現(xiàn)在:1)承接下一層未成型粉末層,防止激光掃描到過厚的金屬粉末層,發(fā)生塌陷;2)由于成型過程中粉末受熱熔化冷卻后,內(nèi)部存在收縮應(yīng)力,導致零件發(fā)生翹曲等,支撐結(jié)構(gòu)連接已成型部分與未成形部分,可有效抑制這種收縮,能使成型件保持應(yīng)力平衡。圖8-5SLM技術(shù)工藝(2)SLM技術(shù)和SLS技術(shù)的區(qū)別

請選擇完成下表區(qū)別SLMSLS名稱

特點在加工的過程中用激光使粉體完全熔化,不需要黏結(jié)劑。使用激光作為熱能量燒結(jié)或者熔化高分子聚合物材料作為粘合劑用于粘合金屬或者陶瓷,粘合以后通過在熔爐加熱聚合物蒸發(fā)形成多孔的實體。。材料

力學性能

A.選擇性激光熔化B.選擇性激光燒結(jié)C.金屬粉末D.高分子聚合物E.好(3)SLM工藝特點優(yōu)點復(fù)雜結(jié)構(gòu)可一次成型,無需焊接。交付時間大幅減少2/3多種金屬材料可選,常用材料包括鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁合金、鎳鉻合金、銅等綜合成本降低,可以降低制造成本50%左右

幫助優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,例如用復(fù)雜且合理的結(jié)構(gòu)代替原先的實心體,使成品重量更低,力學性能卻更好制造傳統(tǒng)方式無法制造的金屬結(jié)構(gòu)件

打印高密度金屬

缺點價格昂貴,速度偏低;精度和表面質(zhì)量有限,可通過后期加工提高。(4)SLM工藝應(yīng)用范圍模具制造●直接燒結(jié)金屬模具,包括內(nèi)部的異形流道和模具外殼,如注塑模具、壓鑄模具、拉伸模具。●模具的修復(fù)與其他模具部件的快制造。●突破傳統(tǒng)模具加工能力的限制,大幅提升最終產(chǎn)品(如注塑件)的生產(chǎn)效率與成型質(zhì)量。航空航天經(jīng)統(tǒng)計,最新的一架F-35LighteningII飛機中有1600個部件是使用SLM工藝快速制造出來的??湛偷哪腹練W洲宇航防務(wù)集團(EADS)已經(jīng)在研究使用3D打印技術(shù)制造飛機,因為這不僅能降低成本,與傳統(tǒng)制造方法相比更可使各部件的重量輕65%。齒科

金屬義齒、牙冠牙橋、齒科植入釘、活動義齒、正畸裝置等。骨科

人造骨關(guān)節(jié)、骨骼植入體、骨骼鈦板、骨骼導板等。醫(yī)療器械

手術(shù)器械、儀器設(shè)備、手術(shù)定位裝置、金屬義肢等。

湖南華曙高科技有限責任公司生產(chǎn)的FS121M選擇性激光熔融設(shè)備(如圖)。FS121M是工業(yè)級選擇性激光熔融快速成型設(shè)備,主要用于醫(yī)療、義齒、醫(yī)療器械加工、植入物加工、科研院校、貴金屬加工。與傳統(tǒng)的零件加工工藝相比,它最大的優(yōu)點在于一次成型,不再需要任何的工裝模具,且加工周期短、易于調(diào)整。此外,此加工方式不受零件的形狀及復(fù)雜程度限制,只需用三維軟件(如CAD、Solidworks等)繪制出零件模型,并保存為STL格式,F(xiàn)S121M就能夠直接利用模型文件燒結(jié)出實體工件。2.設(shè)備與國內(nèi)外同類型設(shè)備相比,F(xiàn)S121M具備如下優(yōu)勢:1)成型速度比國內(nèi)外同類SLS設(shè)備快;2)雙光斑可調(diào)設(shè)計:針對不同的材料可選擇不同的光斑,定制化調(diào)整以更好的匹配材料屬性;3)雙刮刀設(shè)計:配有陶瓷和橡膠兩種刮刀,精度更有保證,薄壁件不易卡死;4)單缸供粉單向鋪粉系統(tǒng),簡化設(shè)備結(jié)構(gòu),可刮除燒結(jié)區(qū)域內(nèi)大顆粒氧化雜質(zhì),有效提高燒結(jié)質(zhì)量;5)全封閉式溢粉收集系統(tǒng)及粉末分離系統(tǒng),減少粉塵污染,避免工作人員吸入粉塵造成的人身傷害,防止粉塵與空氣接觸引起爆炸;6)氣體平流煙塵循環(huán)凈化系統(tǒng),有效的去除大顆粒氧化雜質(zhì),節(jié)約用戶惰性氣體使用成本;7)自主研發(fā)的新型數(shù)字化激光控制系統(tǒng),使控制精度大大提高,抗干擾能力大大加強2.設(shè)備3.制定工作方案(排包)產(chǎn)品名稱產(chǎn)品編號設(shè)備材料創(chuàng)建時間創(chuàng)建人葉輪201707210選擇:

A.FS121MB.上海聯(lián)泰RS6000C.Fortus450mcD.Objet500Connex3TM選擇:

E.尼龍F.不銹鋼G.ABSH.PLA

學習活動3處理葉輪數(shù)據(jù)應(yīng)用BuildStar軟件,處理數(shù)據(jù)1.STL數(shù)據(jù)處理BuildStar軟件是FS121M打印機的配套軟件,用于構(gòu)建加工數(shù)據(jù)包。由于打印機控制軟件MakeStar只能識別Bpf文件,因此三維建模軟件創(chuàng)建的模型需導出為STL格式后,需要再經(jīng)過BuildStar軟件設(shè)置相關(guān)工藝參數(shù),排列模型的成型位置和方向,并保存為BPF文件后,才能導入控制軟件中進行控制熔化。需要注意的是,在其它電腦上編輯Bpf文件時,需將該Bpf文件導出為Bpz格式的文件,再轉(zhuǎn)入到設(shè)備軟件上轉(zhuǎn)換成Bpf文件方可進行燒結(jié)。圖8-7SLM打印數(shù)據(jù)準備流程

BuildStar主界面雙擊打開桌面上的BuildStar圖標,打開軟件后,出現(xiàn)主界面

改變材料打開文件,選擇“改變材料”選項,確定建造所用的材料為“FS316L不銹鋼材料”。

打印數(shù)據(jù)準備的一般流程與其它切片處理軟件相似,包括打印機和材料設(shè)置,導入STL模型,編輯模型,工件參數(shù)設(shè)置,碰撞檢查,保存為BPF文件這幾個階段。不同工件的打印項目主要差別在于工件參數(shù)的設(shè)置。1.STL數(shù)據(jù)處理表8-7STL數(shù)據(jù)處理步驟2.零件擺放

擺放零件前,先將零件導入到平臺上。零件大小不能超過成型范圍。用鼠標配合窗口的幾個視角左鍵拖動零件進行排列擺放,確保零件與零件之間必須保持合理的間距,至少0.1mm。表8-8

零件擺放方法

復(fù)制對象

鼠標Ctrl+A選中所有模型,點擊鼠標右鍵——復(fù)制——副本:1,設(shè)置完后,點擊“確定”后,退出對話框。

系統(tǒng)將自動為這兩套套模型排序。但也可能存在覆蓋的情況,需要手動調(diào)整模型位置。3.生成支撐

添加支撐單擊工具欄中的圖標添加模型的支撐文件,打開相應(yīng)地支撐結(jié)構(gòu)文件后,設(shè)置單位為“mm”。表8-9

生成支撐方法4.工藝參數(shù)設(shè)置1.建造參數(shù)

1)buildplatformtemperature成型平臺溫度相當于粉末的預(yù)熱溫度,將粉末先預(yù)熱可以避免成型部分翹曲變形。這個參數(shù)與材料有關(guān)。2)SmartFeedGrain智能送粉系數(shù)智能送粉系數(shù)表征的是供粉系統(tǒng)每次送粉的質(zhì)量,這里用系數(shù)表示。1是正常標準,當工件多或大時,為了確保成型缸能鋪滿,可以適當提高送粉系數(shù)。3)LayerThickness建造層厚建造層厚表示切片間距,等于成型缸每次下降的高度,過大會影響粉末的粘結(jié)效果,過小會使加工時間增加,過大則層與層之間無法粘結(jié)。設(shè)置范圍為0.02-0.03mm。4.工藝參數(shù)設(shè)置2.工件參數(shù)

1)FillLaserPower激光功率在固體粉末選擇性激光燒結(jié)中,激光功率決定了激光對粉末的加熱溫度。如果激光功率低,則粉末的溫度不能達到熔融溫度,不能燒結(jié),成型制件強度低或根本不能成型。如果激光功率高,則會引起粉末汽化或炭化,影響顆粒之間、層與層之間的粘結(jié)。而激光功率與粉末特性有關(guān),對于不銹鋼粉末而言,通常設(shè)置為190-200W。

2)FillSpeed掃描速度掃描速度影響的成型件加熱時間。在同一激光功率下,掃描速度不同,材料吸收的熱量也不同,變形量不同引起的收縮變形也不同。當掃描速度快時,材料吸收的熱量相對少,材料的粉末顆粒密度變化小,制件收縮小;當掃描速度慢時,材料接觸激光的時間長,吸收熱量多,顆粒密度大,制件收縮小。對于不銹鋼粉末而言,通常設(shè)置為700-800mm/s。

3)SlicerFillScanSpacing掃描間距掃描間距指相鄰掃描線之間的距離,距離過大會相應(yīng)零件強度,過小會增加加工時間,取值范圍在0.03-0.1mm之間。4.工藝參數(shù)設(shè)置工件參數(shù)設(shè)置單擊建造配置編輯器圖標,設(shè)置并檢查建造參數(shù):加熱器的溫度100℃、智能送粉系數(shù)1.0、建造層厚0.03mm等,設(shè)置完畢后點擊應(yīng)用。單擊圖標,設(shè)置工件參數(shù):激光填充掃描功率190W、填充速度700mm/s、掃描線間距0.06mm等,設(shè)置完畢后點擊應(yīng)用。

驗證對話框點擊保存并驗證圖標,保存文件,并進一步驗證模式擺放位置是否合適。

信息界面中的參數(shù)設(shè)置情況單擊預(yù)覽選項,點擊,模擬整個過程并計算出時間、高度以及粉末需求量。學習活動4葉輪打印成型利用SLM技術(shù)打印葉輪1.打印前準備打印前檢查確認在打印前,應(yīng)仔細檢查是否有足夠的惰性氣體;工作腔內(nèi)的氧氣濃度是否在安全值以下(減少粉末材料在燒結(jié)時發(fā)生氧化),激光循環(huán)冷卻水水位是否高于安全值;設(shè)備所在的車間環(huán)境溫度保持在25±5℃之間,濕度小于75%。打印前清理用空氣球?qū)㈢R片表面浮物吹掉;用無水酒精沾濕無塵布或無塵紙,輕輕地擦洗表面,注意避免用力地、來回地擦洗,要控制無塵布或無塵紙劃過表面的速度,使擦拭留下的液體立即蒸發(fā),不留下條紋。

(激光窗口鏡清理)配制燒結(jié)材料根據(jù)軟件計算的粉末高度及粉末材料的密度大致可以計算出需要準備的粉末重量。不同的金屬粉末在使用前,須經(jīng)該材料對應(yīng)目數(shù)的過濾篩或配套篩網(wǎng)規(guī)格的振動篩過篩,防止有異物在粉末里,影響建造。

注意:更換成型缸燒結(jié)基板時,請穿防護服,佩戴防塵口罩、防護眼鏡和防護手套,以免粉末對人體造成傷害。

(振動篩)啟動設(shè)備確保設(shè)備供電正常;將設(shè)備后側(cè)的主電源開關(guān)旋至ON狀態(tài):(開啟打印機開關(guān))

(水冷機開關(guān))打開電腦及配套軟件MakeStar;打開激光水冷機的電源開關(guān),確保水冷機處于制冷狀態(tài)。

更換基板點擊MakeStar軟件中的按鈕,進入手動控制界面。點擊運動按鈕,將成型缸活塞上升至工作平面之上2-3mm;將平面度檢查合格的新的基板緩緩放置在活塞板上,并對準固定螺釘孔,用螺釘將基板連接至活塞板上,并緊固;將成型缸活塞板下降至基板上表面與工作平面平齊或在工作平面之下,更換完成。調(diào)整成型缸活塞位置進入MakeStarM手動控制界面,點擊“運動”按鈕,出現(xiàn)運動控制界面;將成型缸燒結(jié)基板降至工作平面以下:點擊成型缸下的“向下”箭頭;單擊刮刀圖標下方的“左極限”或“右極限”單選框,可以控制刮刀左右移動,單擊“停止”按鈕可以使刮刀停止運動;將鋪粉刮刀移動到成型缸上方。

成型缸活塞上升:點擊成型缸下的“向上”箭頭,控制成型缸活塞上升,直至成型缸基板上表面接近刮刀下表面(不接觸);用塞尺測量基板上表面與刮刀的多點位置之間的距離,并逐步調(diào)整成型缸活塞位置,直到成型缸基板上表面與鋪粉刮刀下表面間的間距為0.05mm。

(塞尺檢測裝高度)上升成型缸更換基板裝粉進入運動控制界面后,系統(tǒng)使能將供粉缸活塞降到原點位置:點擊供粉缸下的“回零極限”按鈕,使活塞直接回到原點;

(供粉缸設(shè)置)在供粉缸上放置匹配燒結(jié)金屬粉末材料目數(shù)的過濾篩,將金屬粉末緩慢倒入過濾篩中,過濾掉粉末大顆粒或其他大塊雜質(zhì),符合燒結(jié)條件的金屬粉末直接過濾到供粉缸中。鋪平粉末將成型缸活塞位置調(diào)整至成型缸基板上表面與鋪粉刮刀下表面間的間距為0.05mm;將鋪粉刮刀移動到右極限位置;將供粉缸活塞上升0.05mm-0.1mm,輸入設(shè)置值,選擇“相對運動”單選框,點擊“向上”箭頭圖標;

(設(shè)置供粉缸)將鋪粉刮刀從右側(cè)移動到左側(cè),重復(fù)該動作,直至工作平面全部被粉末鋪平。2.3D打印過程設(shè)置工作環(huán)境確保工作腔門已關(guān)閉,雙擊MakeStarM啟動軟件,進入軟件的主界面。單擊,進入手動控制界面。設(shè)置成型缸活塞溫度為60℃-200℃(視材料而定);手動充惰性氣體:充惰性氣體時,須打開集塵系統(tǒng)電源開關(guān),確保集塵系統(tǒng)已開啟并正常運行;單擊手動控制界面中的充氮按鈕;

(充氮)氧氣含量實時監(jiān)測圖表下方彈出的選項框內(nèi),將氧氣含量設(shè)定值設(shè)為0.35。單擊復(fù)選框,向腔體內(nèi)充入惰性氣體;當腔體內(nèi)氧氣含量下降至設(shè)定值以下時,點擊退出手動操作界面。自動建造

進入軟件主界面,單擊,進入自動建造界面。單擊按鈕,在彈出一個對話框中找到預(yù)先保存的Bpf文件包并點擊打開。(導入Bpf文件)待Bpf文件加載完成后,點擊“開始”按鈕,顯示器上出現(xiàn)使能提示,請按照提示按下在用戶控制界面的系統(tǒng)使能按鈕SYSTEMON。

系統(tǒng)使能后,自動建造開始,系統(tǒng)開始充入惰性氣體,當氧氣含量到達0.3%時,開始進行鋪粉、燒結(jié)。待燒結(jié)完成后,就可以將原型取出,做后續(xù)處理。學習活動5葉輪后處理SLM產(chǎn)品后處理及注意事項1.清粉取件準備好配套的方形過濾篩、個人防護用具、刷子、防護手套等工具。取模型時要戴手套及口罩操作,避免皮膚直接接觸樹脂造成傷害。

成型缸下降成型缸內(nèi)活塞溫度足夠安全時,建造完成后,單擊進入手動控制界面,點擊運動按鈕,選擇成型缸右側(cè)相對運動單選框,設(shè)置值中輸入0.5mm,按下降箭頭,使成型缸下降到工作平面以下

刮刀運動至右極限將鋪粉刮刀移動到右極限:單擊鋪粉刮刀圖標下方的右極限單選框,點擊運動按鈕,鋪粉刮刀移動并停止在右極限位置。

成型缸上升將方形過濾篩放置在供粉缸上,防止清理時大顆粒粉末或異物進入供粉缸。使用相對運動單選框控制成型缸以10mm為單位上升。

將多余的粉末刷到溢粉箱每上升10mm,用刷子將多余的粉末刷到溢粉箱。清理表面浮粉重復(fù)該動作,直到成型缸到達上極限位置。將多余的粉末清理到溢粉箱中后,用吸塵器將基板螺釘孔及其它死角處的粉末清理干凈。將基板從成型平臺上取下,清理完模型表面的浮粉后拿出。2.工件后處理分離工件使用工具將原

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