160 / 457
Механики XXI веку. №15 2016 г.
160
Подготовка прототипа состоит из разработки рабочей документации включающей выбор по-
рошкового материала и разработки чертежа прототипа, создания трехмерной модели в виде CAD
файла, выбора режимов лазерного спекания, послойного разбиения прототипа в зависимости от его
конфигурации и вычисления траектории движения пятна лазера с выбором значения перекрытия.
Особое внимание на этапе подготовки следует уделить выбору режимов работы лазера для
осуществления процесса лазерного спекания.
Необходимо учесть, что лазеры, используемые в аддитивном производстве, работают в не-
прерывном режиме и в импульсном режиме. За счет их энергии импульса и короткой продолжитель-
ности импульса (1011 – 1014) импульсный режим даёт возможность улучшить прочность связи меж-
ду слоями и уменьшить зону термического воздействия, при этом характеристики используемых ла-
зерных систем лежат в пределах: мощность лазера – до 500 Вт, скорость сканирования до 2 м/с, ско-
рость позиционирования до 7 м/с, диаметр фокусированного пятна – 35 - 400 мкм.[1]
Также немало важной задачей является послойное разбиение прототипа в зависимости от его
конфигурации, для выбора наиболее рациональной разнотолщинности слоев для повышения точно-
сти формы и уменьшения шероховатости поверхности, являющееся важными составляющими на-
дежности и долговечности жизненного цикла прототипа.
Построение прототипа состоит из нанесения выбранного ранее значения толщины слоя по-
рошкового материала на платформу построения, спекания слоя порошкового материала по выбран-
ной траектории в соответствии с заданными режимами работы лазера и перемещения платформы по-
строения и платформы накопителя, соответственно, для нанесения и снятия слоя порошкового мате-
риала.
Для обеспечения заданной точности размеров и формы необходимо разбивать слои на толщи-
ну
1
z
и
2
z
, которые должны находиться в пределах величины допуска
на профиль продольного
сечения (рисунок 2). При таком разбитии на слои достигается высокая скорость построения прототи-
па за счет сокращения траектории рабочего движения лазера.
Рис. 2. Традиционный метод разбиения модели на разнотолщинные слои
Рис. 3. Упрощенное геометрическое отображение величины слоя при разбиении модели
Толщину слоя можно представить в упрощенном виде (рисунок 3) и рассчитать по формуле
[2]:
cos
h z
,
где
h
– высота неровностей,
z
– толщина соя,
- угол подъема номинального профиля.
Толщина слоя
DB
является высотой слоя
z
и равна:
2
2
2
2
cos
AB AD
OD OB
h DB z