[01431513]基于电子束3D打印集成控制系统研制

1.课题来源与背景 本项目是甘肃省科技支撑计划-工业类项目,项目编号为1604GKCA003。3D打印技术是一种快速成型的先进制造技术。相比于传统制造方法,3D打印具有制造周期短、成型不受零件复杂程度限制,以及节材、节能等优势。电子束3D打印技术是3D打印技术的一种,这种技术是以高能量密度和高能量利用率的电子束作为加工热源,具有成型速度快、材料利用率高、无反射、能量转换率高等特点,有很广的发展前景。 2.研究目的与意义 本研究的目的是研究并开发一套基于电子束的3D打印集成控制系统,包括送丝控制系统、工作台运动控制系统、电源控制系统3个控制子系统的硬件试验平台的设计选型和集成控制软件开发。对提高我国电子束快速成型增材技术有着重要意义。 3.主要论点与论据 3D打印是送丝系统、工作台运动系统、电子束电源综合控制下的一个增材制造过程。需要合理、精确地接受、发射和处理各子系统间的控制信号,并实现对各子系统的协调联动控制,对软件的集成性要求较高。电子束3D打印的电源包括高压电源、偏压电源、灯丝电源、聚焦电源等,在操作时各电源间必须进行联锁保护,包括真空联锁、阴极联锁、闸阀联锁、聚焦联锁等,故对各电源系统之间的控制协调性应有更高要求。 4.创见与创新 本项目的创新点是以电子束作为3D打印机热源,因电子束线功率较高,扩大了增材制造的零件丝材范围;将开放式数控系统应用于电子束3D打印机的工作台运动控制系统,增强了数控系统的柔性和适应性,为用户的二次开发提供了便捷;采用集成控制系统软件,将3D打印机的送丝系统控制系统、工作台运动控制系统、电源控制系统,分为3个功能子系统模块分别编写,再嵌入主控制系统中,进行联调。 5.社会经济效应,存在的问题 本课题研究成果可以为电子束快速成形学科研究的深入开展提供设备方面的支持,电子束快速成型技术作为当前工业领域的先进的制造新技术,可以为我国的制造业发展奠定前期技术基础,填补国内在该技术应用领域的空白。电子束熔丝沉积快速成形技术相比较于传统的制造工艺,可以大幅度减少原材料的消耗,并且缩短生产周期;在航空航天、医疗等领域具有很大的潜在应用价值。 由于各子系统及集成控制系统只在实验室进行了原理测试、试验与验证,得到了基于电子束的3D打印集成控制系统的控制原理与实现方法,要达到实际应用还需进一步研究。在送丝控制系统及工作台运动控制系统的研究中,只达到了任务书中预期的精度标准,但与高性能3D打印设备的精度要求还有较大的差距,还需进一步研究并改进。