KUKA机器人光内送粉成形：线形悬垂与分支结构

"这篇科研论文详细探讨了激光光内送粉技术在制造线形悬垂分支结构中的应用，采用KUKA机器人实现间歇式光加载和单点直接堆积成形，成功创建了0°至60°连续变姿态的悬垂结构以及多角度分支线形结构。通过ANSYS瞬态热力学仿真分析，研究了不同激光加载时间对熔池温度的影响，并通过实验确定了最佳加载时间。实验结果显示，成型的线形结构尺寸精度高，截面尺寸均匀，最大相对误差仅为1.6%，表面粗糙度控制在1.98至2.47mm之间。微观组织观察表明，成形件的组织均匀致密，没有明显的缺陷。该研究对于提升激光制造技术的精度和效率具有重要意义，为复杂结构的激光直接成形提供了新的方法和技术支持。" 本文介绍了一种创新的金属零件制造工艺，结合了激光技术与光内送粉技术，利用KUKA机器人进行精确控制。光内送粉技术是一种将粉末材料直接送入激光束中的方法，可以提高粉末利用率和成形精度。在本研究中，采用间歇式光加载策略，意味着激光能量的加载不是连续的，而是按一定间隔进行，这样可以更好地控制熔池的形成和冷却，从而减少缺陷并优化成形过程。 单点直接堆积成形是该工艺的核心部分，它通过逐点堆积的方式构建复杂的几何形状，包括连续变姿态的悬垂结构和多角度分支结构。这种切向分层方法允许在Z轴方向上精确控制结构的形态，实现了0°到60°连续变化的角度，这对于制造具有复杂几何特性的零部件至关重要。 在热力学仿真分析中，ANSYS软件被用来模拟不同激光加载时间下熔池的温度变化，这有助于理解和优化成形过程中的温度控制，避免过热或冷却过快导致的不良影响。实验结果验证了最佳的激光加载时间，确保了良好的成形质量和效率。 实验后，对成形件进行了详细的检测。尺寸精度和截面均匀性是衡量成形质量的关键指标，最大相对误差仅为1.6%，表明了高精度的成形能力。同时，表面粗糙度在1.98至2.47mm之间，达到了良好的表面处理水平。微观组织观察进一步证实了成形件内部的组织结构均匀且致密，没有发现明显的缺陷，这表明该工艺在保持材料性能方面也表现出色。 这项研究为激光直接成形技术开辟了新的可能性，特别是在制造具有挑战性的线形悬垂和分支结构时。通过优化激光加载时间和采用创新的成形策略，可以实现更高精度和更高质量的零件制造，对于航空航天、汽车、医疗器械等领域中复杂零部件的生产具有重要的应用价值。