基于LOM技术薄木激光成型机理与实验研究

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快速成型技术作为一种工业革命的重要标志,打破了传统成型技术的局限,广泛的应用于人类的衣食住行、航空航天、高端武器以及医疗设备中。分层实体制造技术(LOM)作为一种快速成型技术,因为其具有生产周期短、成型零件精度高以及原料价格低廉等优点,受到了全球制造业和科研机构的高度重视,在各行各业中取得了迅猛的发展。但是在木材加工领域的应用中还存在诸多问题。本文旨在以微米薄木作为LOM工艺的原材料,对其成型机理进行研究,以期为木制品成型领域提供新的加工思路。对国内外现状分析,研究现有LOM工艺,找出当下工序存在的缺点,对其加工工序进行调整,结合LOM工艺,对相关加工设备的机构组成和工作原理进行阐述。以期改善成型零件表面局部碳化现象,解决由于激光切割区热熔胶提前固化而引起的胶合强度不足的问题,提升成型零件的表面质量和力学性能。借助实验,对LOM工艺过程中影响成型件质量的工艺参数进行探索。利用CO2激光器对微米薄木进行切割,在光学数码显微镜下对薄木的切缝质量进行观测,探索在激光切割中影响切缝质量的相关因素。采用SPSS软件对实验数据进行因子实验设计,结合方差分析方法,进一步确定激光切割功率、进给速度以及相关参数的合理匹配对切缝质量均有显著影响;对薄木进行层积热压成型实验,在热压的压力与时间不变的条件下,控制热压温度,以抗弯强度和弹性模量为衡量指标,探索热压温度对成型件质量的影响。以能量守恒为理论进行基础研究,建立激光切割薄木过程中木材性质、木材切割厚度、激光切割功率以及进给速度等相关参数合理选择的数学模型,并求解激光功率、进给速度以及薄木厚度的匹配关系。用不同厚度的黑胡桃薄木作为激光切割的实验材料,对其进行切割,以切缝的宽度来表征切割质量,验证理论的正确性。以木材传热理论为研究基础,结合LOM工艺流程,对层积热压过程进行数学描述,建立其传热控制方程,采用向前差分法对其进行离散,依托MATLAB软件对层积热压过程中,零件内部的温度场进行求解。根据仿真所得数据绘制二维折线图,解释在热压过程中温度随着层数变化的影响规律,以期实现对热压过程中的温度进行动态调整的目的。
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