Исследование и разработка методов и средств лазерного трехмерного лазерного синтеза из термоплатичных и термореактивных материалов

• Автор: Яковлев, Артем Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с.

Содержание

Глава I. Обзор технологий трехмерного синтеза ТС.

1.1 Сущность метода

1.2 Технология на основе метода Стереолитографии СЛ

1.3. Технология на основе Селективного

Лазерного Спекания Порошков СЛС.

1.4 Технология на основе изготовления из

Листовых Материалов ЛМ

1.5 Остальные технологии трехмерного синтеза.

1.6 Сравнительный анализ лазерных технологий трехмерного

синтеза ЛТС и постановка задачи исследования

Выводы.
Глава II. Теоретический анализ процессов лазерного трехмерного синтеза для изготовления прототипов из перспективных материалов.
2.1 Определение предмета исследования
2.2 Физикохимия соединения слоев в процессе изготовления
моделей из листовых материалов
2.3 Физикохимия трехмерного синтеза из термореактивной
порошковой композиции ТРПК
2.3.1 Закономерности процесса монолитизации
частиц при лазерном нагреве.
2.4 Теплофизический анализ лазерной резки
листовых материалов.
2.4.1 Выбор модели теплового источника для расчета.
2.4.2 Расчет параметров лазерной резки для
непрерывного излучения
2.4.3 Оценка зон термического влияния ЗТВ
2.4.4 Расчет параметров лазерной резки
для импульсного излучения.
2.4.5 Расчет теплофизических параметров соединения
полимерных пленок радиационным нагревом.
Выводы.
Глава III. Разработка новых технологических схемных решений и материалов для ЛТС.
3.1 Требования к схемным решениям и материалам для ЛТС
3.2 Схемные решения для изготовления моделей
из листовых материалов.
3.2.1 Схемное решение1
3.2.2 Схемное решение2
3.2.3 Схемное решение3
3.2.4 Схемное решение4
3.3 Пути отделения отходов
Выводы.
Глава IV. Экспериментальное исследование процессов ЛТС.
4.1 Описание экспериментального оборудования
4.2 Определение удельной энергии разрушения для лавсана.
4.3 Определение зависимости ширины реза и ЗТВ от скорости
резки и размера пятна для лавсана
4.4 Экспериментальное определение зависимости зоны
монолитизации от времени экспозиции для ТРГТК
4.5 Экспериментальная реализация предложенных схемных
решений
4.6 Экспериментальное определение оптимальных режимов соединения слоев по алгоритму ЯМ на установке КАРАТ0
4.7 Практическое применение полученных моделей
Выводы.
Глава V. Оптимизация лазерного оборудования для трехмерного синтеза по методу ЛМ.
5.1 Выбор СДЛИ для ЛТС по методу ЛМ .
5.2 Оптимизация алгоритмов доставки лазерного
излучения для целей ЛТС.
5.3 Метод одноэтапного ускорения
5.4 Методпетли
5.5 Метод двухэтапного ускорения
5.6 Выбор критерия перехода от одного метода к другому
Выводы.
Основные результаты работы.
Приложения.
Список литературы


Разработан ряд материалов и методика их применения для изготовления моделей. ЛМ и CJIC, среди которых высокая прочность на разрыв (<*о. ДО 0-5 МПа), высокая химическая стойкость, повышенная рабочая температура (до 0°С), возможность вариации физикохимических свойств (упругость, время релаксации, молекулярный вес), что позволяет применять их в качестве функциональных прототипов. Разработаны принципы оптимизации лазерного оборудования для увеличения производительности и точности изготовления моделей. Результаты работы использованы при создании и технологической отладке ЛМ-установки для лазерного трехмерного синтеза “Карат-0” и составлении технического задания на установку для ЛТС “Карат-0”. В ходе трехлетней эксплуатации установка “Карат-0” успешно применялась для изготовления прототипов, в том числе литейных моделей. Автором непосредственно предложены, разработаны и экспериментально проверены схемные решения для ЛТС, предложены новые материалы для изготовления функциональных прототипов (в разработке состава ТРПК -принято участие). Проведен теоретический анализ процессов ЛТС из предложенных материалов, на основе которого предложены оптимальные режимы изготовления прототипов. Предложены некоторые новые критерии и принципы оптимизации работы СДЛИ. Lasers, ; Europto Conference on Computer Controlling microshaping, Germany, ; International Conference “Applied optics-”, Russia, ; " IX International conference Laser Assisted Microtechnology, Russia, . Диссертация состоит из введения, 5 глав и списка литературы. Содержит 0 страниц машинописного текста, включая рисунков и фотографий, 3 таблицы. Глава I. Лазерные технологии быстрого изготовления прототипов - Rapid Prototyping&Manufacturing (далее - технологии Трехмерного Синтеза, ТС) являются сравнительно новыми технологиями, история их возникновения начинается в году, с момента изобретения Чаком Халлом процесса Стереолитографии (СЛ) [3]. Однако, справедливости ради, следует отметить, что еще в Советском Союзе идею применения послойного синтеза для изготовления деталей сложной формы в начале -х годов активно продвигали В. И. Горюшкин и С. В. Скородумов. В г. В.И. Горюшкина [2], где среди прочего, была опубликована идея автора о послойном синтезе, в том числе наращиванием жидкого полимера под воздействием лазерного излучения. К настоящему времени технологии ТС широко распространены во всех промышленно развитых странах, при этом рынок услуг ТС продолжает бурно развиваться и в наши дни. Основная идея технологии ТС состоит в том, что трехмерный объект практически любой формы можно изготовить путем послойного наращивания, сечение за сечением. При этом появляется возможность быстрого изготовления прототипа какой-либо детали, что позволяет сократить время и стоимость её изготовления в десятки и сотни раз. Подготовка электронных данных о форме объекта (прототипа) с использованием компьютерной системы проектирования трехмерных объектов (CAD/CAM). В результате появляется так называемая “электронная” трехмерная модель, содержащая всю информацию о форме будущего изделия. Компьютерное разбиение “электронной” модели но всей высоте на параллельные сечения с заданным шагом и сохранение набора этих сечений в технологическом формате файлов *. STL. Процесс построения объекта слой за слоем из специальных материалов с использованием различных физико-химических эффектов на технологической установке ТС. Заключительная обработка, включающая в себя вспомогательные операции (очистка, шлифовка поверхности пескоструйным методом, пропитка поверхности модели упрочняющим составом, отжиг и т. Разновидностью технологии ТС является технология “Reverse Engineering”, задачей которой является получение точной копии уже существующего объекта (имплантанты, музейные экспонаты, скульптуры). Это направление работает практически на той же технологической базе, что и ТС, но обязательно имеет в своем составе трехмерный сканер высокой точности для получения достоверной информации о форме объекта. Ниже представлена блок-схема технологического цикла технологии Reverse Engineering (рис. Рисунок 1.