金屬增材制造工藝制訂與實(shí)施 課件 項(xiàng)目五 打印制作拓?fù)鋬?yōu)化的 任務(wù)三

項(xiàng)目五打印制作拓?fù)鋬?yōu)化的摩托車支架THREEDIMENSIONALPRINTINGSLM:Selectivelasermelting（選擇性激光熔化）是利用金屬粉末在激光束的熱作用下快速熔化、快速凝固的一種技術(shù)?！督饘僭霾闹圃旃に囍朴喤c實(shí)施》教材課件任務(wù)三實(shí)施打印與控制任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)STATUSOFINDUSTRYDEVELOPMENTYOURLOGO?任務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能將有效打印程序快速傳輸?shù)皆霾脑O(shè)備中；2.能掌握SLM金屬打印摩托車支架的基本操作；3.能安全存儲(chǔ)運(yùn)輸鋁合金粉末，并安全添加或清理粉末；4.能熟練掌握設(shè)備基本調(diào)試操作，包括刮刀、打印基板等設(shè)置；5.能有效監(jiān)控打印過(guò)程，并采取合理處置措施。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】）在前面切片環(huán)節(jié)已經(jīng)通過(guò)模型和材料規(guī)格完成了對(duì)設(shè)備型號(hào)的選擇。在本環(huán)節(jié)打印前仍需要再次確認(rèn)設(shè)備規(guī)格型號(hào)，本次打印模型尺寸為137*75*16mm，材料為鈷鉻合金粉末，因此YLM150設(shè)備即可滿足打印條件任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）表5-3-1增材打印步驟說(shuō)明表步驟說(shuō)明及圖示（一）打印前檢查與確認(rèn)1.操作前穿戴好防護(hù)服，戴口罩（內(nèi)側(cè)為普通口罩，外側(cè)為防毒口罩）、帶上一次性手套、防靜電手環(huán)，并整理好袖口。

2.在前面切片環(huán)節(jié)已經(jīng)通過(guò)模型和材料規(guī)格完成了對(duì)設(shè)備型號(hào)的選擇。在本環(huán)節(jié)打印前仍需要再次確認(rèn)設(shè)備規(guī)格型號(hào)，本次打印模型尺寸為137*75*16mm，材料為鈷鉻合金粉末，因此YLM150設(shè)備即可滿足打印條件。3.現(xiàn)場(chǎng)對(duì)打印設(shè)備進(jìn)行打印前檢查與確認(rèn)，包括冷水機(jī)循環(huán)水位是否處于安全高度值；設(shè)備所在車間的環(huán)境溫度保持在（25±5）℃，濕度小于75%。確保順利完成本次打印任務(wù)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）3.現(xiàn)場(chǎng)對(duì)打印設(shè)備進(jìn)行打印前檢查與確認(rèn)，包括冷水機(jī)循環(huán)水位是否處于安全高度值；設(shè)備所在車間的環(huán)境溫度保持在（25±5）℃，濕度小于75%。確保順利完成本次打印任務(wù)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制（二）啟動(dòng)設(shè)備1.首先打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，讓所有附屬設(shè)備通電。打開(kāi)循環(huán)過(guò)濾器電源開(kāi)關(guān)，確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。打開(kāi)金屬打印機(jī)電源開(kāi)關(guān)。2.接著打開(kāi)冷水機(jī)電源開(kāi)關(guān)，確保冷水機(jī)處于制冷狀態(tài)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）1.首先打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，讓所有附屬設(shè)備通電。打開(kāi)循環(huán)過(guò)濾器電源開(kāi)關(guān)，確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。打開(kāi)金屬打印機(jī)電源開(kāi)關(guān)。

2.接著打開(kāi)冷水機(jī)電源開(kāi)關(guān)，確保冷水機(jī)處于制冷狀態(tài)。

3.啟動(dòng)金屬打印機(jī)內(nèi)置電腦，打開(kāi)配套操作軟件。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（三）預(yù)制惰性氣體1.打印的過(guò)程中需要不斷往打印室內(nèi)部充入惰性氣體，以此來(lái)保證打印層不被氧化。材料不同，需要的惰性氣體也不相同。AiSi10Mg可以用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體使用。制氮機(jī)在開(kāi)啟之前需要先打開(kāi)空氣壓縮機(jī)，并保證壓縮氣壓為0.5-0.8MPa。2.根據(jù)要求順序按下開(kāi)關(guān)運(yùn)行制氮機(jī)，制氮機(jī)運(yùn)行后需要一定的時(shí)間氮?dú)饧兌炔拍苓_(dá)到99.99%，后方可進(jìn)行打印操作。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（四）打印前清理1.打印前要先完成對(duì)設(shè)備粉末的清理工作，應(yīng)該從上而下，從里到外順序進(jìn)行。首先進(jìn)行的是成型缸內(nèi)的粉末清理（各個(gè)缸室的清理都包括掃、吸、擦三步）。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（四）打印前清理2.進(jìn)行整個(gè)打印艙內(nèi)部的粉末清理工作，包括各構(gòu)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、各部位死角清理等?？刹捎梅辣鼔m器進(jìn)行吸粉清理。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（四）打印前清理3.對(duì)關(guān)鍵部件要進(jìn)行酒精擦拭清潔。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（四）打印前清理4.清理完打印室內(nèi)粉末后，需要用無(wú)塵布蘸酒精擦拭振鏡保護(hù)鏡，擦拭的手法為由內(nèi)向外，順時(shí)針螺旋擦拭。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（六）添加粉末1.把配置好的粉末先灌裝到加粉筒，利用到的工具有鏟子、漏斗等，灌裝粉末時(shí)一定要穿戴必要的防護(hù)用具，如靜電衣、防塵面具、防靜電手環(huán)等。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（六）添加粉末2.再利用加粉筒把設(shè)備的粉缸加滿。操作前先將粉缸移動(dòng)到下限最大值，后加滿粉缸。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（六）添加粉末3.檢查軟件操作頁(yè)面當(dāng)前的粉末余量，確保粉末已加滿。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（七）更換、調(diào)平基板1.根據(jù)打印材料不同，選擇相應(yīng)基板材料。本項(xiàng)目打印粉末為AlSi10Mg鋁合金粉末，選擇的基板材料為鋁合金。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（七）更換、調(diào)平基板2.固定打印基板時(shí)，需要將基板和打印艙平面保持齊平?？赏ㄟ^(guò)平直板來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。如果基板與打印艙平面不齊平，可以在基板下面的相應(yīng)位置墊上合適的墊片，直至兩者齊平為止。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（七）更換、調(diào)平基板3.找好齊平后，利用六方扳手通過(guò)螺母固定，把打印基板安裝在成型缸底部。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（七）更換、調(diào)平基板4.固定后，使基板在“齊平”的基礎(chǔ)上向上移動(dòng)1mm,保證激光焦距最佳位置。因?yàn)槟J(rèn)激光焦距位置是在基板上1mm處調(diào)整的，所以基板上1mm處為最佳焦距。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（八）更換刮條、調(diào)整刮刀1.利用扳手將整個(gè)刮刀全部拆下，清理刮刀上的殘留粉末和雜質(zhì)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（八）更換刮條、調(diào)整刮刀2.用剪刀裁剪汽車雨刮條最前端的橡膠部分，裁剪要均勻，大小合適。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（八）更換刮條、調(diào)整刮刀3.將裁剪好的刮條安裝到刮刀下部，觀察橡膠條是否垂直于鎖緊端面。不垂直要進(jìn)行調(diào)整，最后鎖緊螺母使其牢固。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（八）更換刮條、調(diào)整刮刀4.將刮刀裝回到設(shè)備相應(yīng)位置，并配合塞尺，調(diào)節(jié)刮條相對(duì)于基板的位置，使左右間隙合適（0.03mm左右）。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（九）鋪粉、調(diào)整打印基板1.通過(guò)操作控制系統(tǒng)，完成粉缸頂粉和刮刀前后擺動(dòng)參數(shù)設(shè)置，使頂粉粉量合適，使刮刀前后擺動(dòng)范圍合適。2.通過(guò)調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)刮刀相對(duì)于打印基板的間隙高度，觀察粉層厚度與均勻程度，完成鋪粉工作。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境1.關(guān)閉打印室倉(cāng)門，確保鎖緊。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境2.打開(kāi)惰性氣體電磁閥，打開(kāi)設(shè)備洗氣閥，充入惰性氣體，降低氧含量。當(dāng)室內(nèi)氧含量達(dá)到0.2以下可以開(kāi)始打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十）設(shè)備預(yù)環(huán)境3.打開(kāi)底板加熱，底板溫度設(shè)置為60°。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十一）導(dǎo)入模型打印程序1.在導(dǎo)入界面選擇后綴為cli格式的文件。2.通過(guò)預(yù)覽查看，檢查程序和首層的路線軌跡。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十一）導(dǎo)入模型打印程序3.查看當(dāng)前成型層和預(yù)計(jì)打印時(shí)間等。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十二）運(yùn)行程序1.檢查各運(yùn)行環(huán)境參數(shù)包括：室內(nèi)氧含量、粉末余量、基板溫度、風(fēng)機(jī)狀態(tài)、水冷機(jī)狀態(tài)、過(guò)濾系統(tǒng)狀態(tài)等。以上參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，開(kāi)始成型打印。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十三）過(guò)程控制1.檢查鋪粉效果，查看整個(gè)基板的鋪粉情況，需要至少保證整個(gè)基板鋪粉正常，沒(méi)有缺粉情況。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十三）過(guò)程控制2.檢查頂粉口的頂粉量，既不能沒(méi)有，又不能太多。太少可能影響成型區(qū)域鋪粉效果，太多可能會(huì)影響最終成型高度。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十三）過(guò)程控制3.檢查風(fēng)場(chǎng)方向和排塵效果，首先保證排風(fēng)和吸塵方向正確。其次能保證揚(yáng)塵能落到非打印區(qū)域或直接吸走。4.檢查掃描區(qū)域有無(wú)打印異樣，是否存在激光功率不足，支撐強(qiáng)度不足或過(guò)燒情況。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十四）打印完成1.打印完成后，界面顯示打印完成。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十四）打印完成2.關(guān)閉循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)變頻器。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十五）清粉取件2.手動(dòng)模式移動(dòng)打印基板升出成型缸。用毛刷清理粉末，把多余粉末掃進(jìn)收分筒內(nèi)，用吸塵器對(duì)殘余粉末進(jìn)行最后清理。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十五）清粉取件3.用皮吹子（手風(fēng)器）清理沉孔里粉末，拆除底板。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十五）清粉取件4.盡量在打印艙內(nèi)附著在零件上的粉末清理干凈，然后取出。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十六）關(guān)機(jī)1.清理好艙內(nèi)粉末，整理好工具配件，就可以關(guān)閉配套打印操作軟件，然后將金屬打印機(jī)的內(nèi)置電腦關(guān)機(jī)。任務(wù)三實(shí)施打印與控制【打印過(guò)程及說(shuō)明】（見(jiàn)表5-3-1）（十六）關(guān)機(jī)2.關(guān)閉金屬打印機(jī)電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉冷水機(jī)電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉循環(huán)過(guò)濾器電源開(kāi)關(guān)；關(guān)閉制氮機(jī)電源開(kāi)關(guān)，關(guān)閉空氣壓縮機(jī)電源開(kāi)關(guān)；最后關(guān)閉電源總開(kāi)關(guān)，使所有設(shè)備斷電。任務(wù)三實(shí)施打印與控制?知識(shí)加油站-SLM激光選區(qū)熔化打印的相關(guān)注意問(wèn)題1.拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮后續(xù)打印時(shí)的合理擺放問(wèn)題。拓?fù)鋬?yōu)化的主要目的是，在移除多余材料的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的零件通常呈現(xiàn)出更為復(fù)雜、有機(jī)的外觀。需要注意的是，功能經(jīng)過(guò)優(yōu)化的零件可能未必適合采用增材制造方式加工——尤其就打印零件的擺放方向而言。如下圖所示：

圖5-3-1拓?fù)鋬?yōu)化件的水平擺放狀態(tài)任務(wù)三實(shí)施打印與控制從圖5-3-1中可明顯看到，以水平擺放方向加工該零件時(shí)，那些突出顯示為紅色的懸伸區(qū)域內(nèi)需要添加很多支撐。圖5-3-2拓?fù)鋬?yōu)化件的豎直擺放狀態(tài)任務(wù)三實(shí)施打印與控制從圖5-3-2可以看到，沿垂直方向重新擺放零件后，需要添加支撐的區(qū)域?qū)⒆兊暮苌伲虚g圓孔等細(xì)節(jié)則需要添加支撐，或者重新設(shè)計(jì)。因此在設(shè)計(jì)階段重新評(píng)估零件時(shí)，應(yīng)當(dāng)將擺放方向考慮在內(nèi)。就如本案例，該零件在進(jìn)行增材制造加工時(shí)，很顯然垂直擺放方向最合理，所以設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮后期加工而需要重新設(shè)計(jì)橫向孔。

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)建議：應(yīng)用最小壁厚準(zhǔn)則；確定用于加工的臨界表面；考慮支撐定位和移除，或者重新設(shè)計(jì)（圓形改菱形）以便無(wú)需添加支撐；設(shè)計(jì)時(shí)考慮零件擺放方向并相應(yīng)修改局部結(jié)構(gòu)；確定是否可達(dá)到要求的表面光潔度。任務(wù)三實(shí)施打印與控制2.金