金屬增材制造工藝制訂與實施 課件 項目五 打印制作拓撲優(yōu)化的 任務三

項目五打印制作拓撲優(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?！督饘僭霾闹圃旃に囍朴喤c實施》教材課件任務三實施打印與控制任務學習目標STATUSOFINDUSTRYDEVELOPMENTYOURLOGO?任務學習目標：1.能將有效打印程序快速傳輸到增材設備中；2.能掌握SLM金屬打印摩托車支架的基本操作；3.能安全存儲運輸鋁合金粉末，并安全添加或清理粉末；4.能熟練掌握設備基本調試操作，包括刮刀、打印基板等設置；5.能有效監(jiān)控打印過程，并采取合理處置措施。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】）在前面切片環(huán)節(jié)已經通過模型和材料規(guī)格完成了對設備型號的選擇。在本環(huán)節(jié)打印前仍需要再次確認設備規(guī)格型號，本次打印模型尺寸為137*75*16mm，材料為鈷鉻合金粉末，因此YLM150設備即可滿足打印條件任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）表5-3-1增材打印步驟說明表步驟說明及圖示（一）打印前檢查與確認1.操作前穿戴好防護服，戴口罩（內側為普通口罩，外側為防毒口罩）、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)已經通過模型和材料規(guī)格完成了對設備型號的選擇。在本環(huán)節(jié)打印前仍需要再次確認設備規(guī)格型號，本次打印模型尺寸為137*75*16mm，材料為鈷鉻合金粉末，因此YLM150設備即可滿足打印條件。3.現場對打印設備進行打印前檢查與確認，包括冷水機循環(huán)水位是否處于安全高度值；設備所在車間的環(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。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）3.現場對打印設備進行打印前檢查與確認，包括冷水機循環(huán)水位是否處于安全高度值；設備所在車間的環(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。任務三實施打印與控制（二）啟動設備1.首先打開電源總開關，讓所有附屬設備通電。打開循環(huán)過濾器電源開關，確保風機正常運轉。打開金屬打印機電源開關。2.接著打開冷水機電源開關，確保冷水機處于制冷狀態(tài)。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）1.首先打開電源總開關，讓所有附屬設備通電。打開循環(huán)過濾器電源開關，確保風機正常運轉。打開金屬打印機電源開關。

2.接著打開冷水機電源開關，確保冷水機處于制冷狀態(tài)。

3.啟動金屬打印機內置電腦，打開配套操作軟件。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（三）預制惰性氣體1.打印的過程中需要不斷往打印室內部充入惰性氣體，以此來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可以用氮氣作為保護氣體使用。制氮機在開啟之前需要先打開空氣壓縮機，并保證壓縮氣壓為0.5-0.8MPa。2.根據要求順序按下開關運行制氮機，制氮機運行后需要一定的時間氮氣純度才能達到99.99%，后方可進行打印操作。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（四）打印前清理1.打印前要先完成對設備粉末的清理工作，應該從上而下，從里到外順序進行。首先進行的是成型缸內的粉末清理（各個缸室的清理都包括掃、吸、擦三步）。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（四）打印前清理2.進行整個打印艙內部的粉末清理工作，包括各構件、傳動機構、各部位死角清理等?？刹捎梅辣鼔m器進行吸粉清理。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（四）打印前清理3.對關鍵部件要進行酒精擦拭清潔。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（四）打印前清理4.清理完打印室內粉末后，需要用無塵布蘸酒精擦拭振鏡保護鏡，擦拭的手法為由內向外，順時針螺旋擦拭。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表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，灌裝粉末時一定要穿戴必要的防護用具，如靜電衣、防塵面具、防靜電手環(huán)等。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（六）添加粉末2.再利用加粉筒把設備的粉缸加滿。操作前先將粉缸移動到下限最大值，后加滿粉缸。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（六）添加粉末3.檢查軟件操作頁面當前的粉末余量，確保粉末已加滿。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（七）更換、調平基板1.根據打印材料不同，選擇相應基板材料。本項目打印粉末為AlSi10Mg鋁合金粉末，選擇的基板材料為鋁合金。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（七）更換、調平基板2.固定打印基板時，需要將基板和打印艙平面保持齊平?？赏ㄟ^平直板來進行檢測。如果基板與打印艙平面不齊平，可以在基板下面的相應位置墊上合適的墊片，直至兩者齊平為止。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（七）更換、調平基板3.找好齊平后，利用六方扳手通過螺母固定，把打印基板安裝在成型缸底部。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（七）更換、調平基板4.固定后，使基板在“齊平”的基礎上向上移動1mm,保證激光焦距最佳位置。因為默認激光焦距位置是在基板上1mm處調整的，所以基板上1mm處為最佳焦距。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（八）更換刮條、調整刮刀1.利用扳手將整個刮刀全部拆下，清理刮刀上的殘留粉末和雜質。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（八）更換刮條、調整刮刀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。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（八）更換刮條、調整刮刀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。不垂直要進行調整，最后鎖緊螺母使其牢固。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（八）更換刮條、調整刮刀4.將刮刀裝回到設備相應位置，并配合塞尺，調節(jié)刮條相對于基板的位置，使左右間隙合適（0.03mm左右）。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（九）鋪粉、調整打印基板1.通過操作控制系統(tǒng)，完成粉缸頂粉和刮刀前后擺動參數設置，使頂粉粉量合適，使刮刀前后擺動范圍合適。2.通過調節(jié)螺母調節(jié)刮刀相對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。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十）設備預環(huán)境1.關閉打印室倉門，確保鎖緊。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十）設備預環(huán)境2.打開惰性氣體電磁閥，打開設備洗氣閥，充入惰性氣體，降低氧含量。當室內氧含量達到0.2以下可以開始打印。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十）設備預環(huán)境3.打開底板加熱，底板溫度設置為60°。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十一）導入模型打印程序1.在導入界面選擇后綴為cli格式的文件。2.通過預覽查看，檢查程序和首層的路線軌跡。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十一）導入模型打印程序3.查看當前成型層和預計打印時間等。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十二）運行程序1.檢查各運行環(huán)境參數包括：室內氧含量、粉末余量、基板溫度、風機狀態(tài)、水冷機狀態(tài)、過濾系統(tǒng)狀態(tài)等。以上參數均在正常范圍內，開始成型打印。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十三）過程控制1.檢查鋪粉效果，查看整個基板的鋪粉情況，需要至少保證整個基板鋪粉正常，沒有缺粉情況。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十三）過程控制2.檢查頂粉口的頂粉量，既不能沒有，又不能太多。太少可能影響成型區(qū)域鋪粉效果，太多可能會影響最終成型高度。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十三）過程控制3.檢查風場方向和排塵效果，首先保證排風和吸塵方向正確。其次能保證揚塵能落到非打印區(qū)域或直接吸走。4.檢查掃描區(qū)域有無打印異樣，是否存在激光功率不足，支撐強度不足或過燒情況。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十四）打印完成1.打印完成后，界面顯示打印完成。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十四）打印完成2.關閉循環(huán)過濾系統(tǒng)變頻器。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十五）清粉取件2.手動模式移動打印基板升出成型缸。用毛刷清理粉末，把多余粉末掃進收分筒內，用吸塵器對殘余粉末進行最后清理。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十五）清粉取件3.用皮吹子（手風器）清理沉孔里粉末，拆除底板。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十五）清粉取件4.盡量在打印艙內附著在零件上的粉末清理干凈，然后取出。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十六）關機1.清理好艙內粉末，整理好工具配件，就可以關閉配套打印操作軟件，然后將金屬打印機的內置電腦關機。任務三實施打印與控制【打印過程及說明】（見表5-3-1）（十六）關機2.關閉金屬打印機電源開關；關閉冷水機電源開關；關閉循環(huán)過濾器電源開關；關閉制氮機電源開關，關閉空氣壓縮機電源開關；最后關閉電源總開關，使所有設備斷電。任務三實施打印與控制?知識加油站-SLM激光選區(qū)熔化打印的相關注意問題1.拓撲優(yōu)化設計時，也要考慮后續(xù)打印時的合理擺放問題。拓撲優(yōu)化的主要目的是，在移除多余材料的同時保持結構的強度和剛性。經過優(yōu)化的零件通常呈現出更為復雜、有機的外觀。需要注意的是，功能經過優(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拓撲優(yōu)化件的水平擺放狀態(tài)任務三實施打印與控制從圖5-3-1中可明顯看到，以水平擺放方向加工該零件時，那些突出顯示為紅色的懸伸區(qū)域內需要添加很多支撐。圖5-3-2拓撲優(yōu)化件的豎直擺放狀態(tài)任務三實施打印與控制從圖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)域將變的很少，而中間圓孔等細節(jié)則需要添加支撐，或者重新設計。因此在設計階段重新評估零件時，應當將擺放方向考慮在內。就如本案例，該零件在進行增材制造加工時，很顯然垂直擺放方向最合理，所以設計時就必須考慮后期加工而需要重新設計橫向孔。

拓撲優(yōu)化設計建議：應用最小壁厚準則；確定用于加工的臨界表面；考慮支撐定位和移除，或者重新設計（圓形改菱形）以便無需添加支撐；設計時考慮零件擺放方向并相應修改局部結構；確定是否可達到要求的表面光潔度。任務三實施打印與控制2.金