HRPS系列激光粉末烧结项目建议书.doc

武 汉 滨 湖 机 电 技 术 产 业 有 限 公 司公 司 简 介 武汉中国光谷的武汉滨湖机电技术产业有限公司是由华中科技大学（原华中理工大学）和深圳创新投资公司共同组建的高科技有限责任公司，为武汉市人民政府批准的高新技术企业。公司以华中科技大学快速制造中心为技术依托单位，采用两头在内、中间在外的运作模式，生产快速成形系统，提供快速成形/快速制模成套技术，并进行技术服务和咨询，是集科、工、贸于一体的企业，其地址在华中科技大学校园内的快速成型楼。 华中科技大学快速制造中心于1991年开始快速成形技术的研究，是我国最早开展该项技术研究的单位之一，先后得到国家科技部、国家教育部、国家自然科学基金委员会、湖北省科技厅和武汉市科技局的大力支持。 1994年开发成功薄材叠层快速成形系统样机hrp-i，于1995年9月参加北京国际机床展览会，这是我国第一台参加展览的快速成形设备，受到观众的关注，展览会还以机床界元老谈展品之高、新、尖报导了这台设备，得到业内人士的好评。华中科技大学为加速高新技术转化为生产力，1996年，由华中科技大学、武汉市科委和深圳创新投资集团共同组建了武汉滨湖机电技术产业有限公司，并被武汉市政府批准为高新技术企业。 2000年7月，本公司的hrp-iiia快速成型系统通过了湖北省科学技术厅组织的“薄材叠层快速成形技及系统”鉴定，鉴定委员会由工程院院士、863专家组负责人、国内知名专家教授及高级工程技术人员组成，鉴定委员会认为hrp-iiia快速成形系统的主要技术性能指标达到90年代末期国际领先水平。1998年底以来，公司还研制成功基于粉末烧结方法的hrps系列速成形以粉末等为原料，可直接制成铸型、型芯或零件。 2001年4月，本公司的hrps-iiia快速成形统通过了湖北省科学技术厅组织的“选择性激光烧接快速成型技术及系统”鉴定，鉴定委员会认为hrps-iii快速成形统制件精度达到国际同类产品水平，综合性能指标达到国际先进水平。目前公司可向社会提供hrp(基于薄材成形、hrps(基于粉末烧结)、hrpl(基于光固化)、hzk(真空注型)和hre(三维反求)系列多种型号的快速制造系统。hrps系列激光粉末烧结快速成形系统-项目建议书在汽车、航空、航天等国防制造业中，其核心部件一般为金属零件，而且相当多的金属零件是结构复杂、有不规则曲面或内部又具有精细结构的零件。这些零件常采用制作模具和传统压铸的方法来加工，在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、压铸模的制造往往是用机加工来完成的，有时还需要钳工进行修理，不仅周期长、费用高，而且从模具设计到加工制造是一个多环节的复杂过程，稍有失误就会导致前功尽弃，全部返工。特别是对一些形状复杂的铸件，如叶片、发动机缸体、缸盖等，模具的制造难度很大，即使使用数控加工中心等昂贵的设备。在加工技术与工艺方面仍有很多难题。因此，对复杂零件的试制或少批量生产，采用传统铸造方法，制造周期长、成本高、风险大，甚至无法制造。采用激光粉末烧结技术与铸造技术相结合，通过零件的cad造型，不需用模具就可以快速制造出零件的“蜡模”并快速制造出金属零件，不仅能解决上述问题，而且能实现铸造工艺过程的集成化、自动化、快速化。hrps系列激光粉末烧结快速成形系统的应用，将大大缩短新产品的研发周期，节约研发成本。快速精铸技术简要技术路线如下：1.在sls设备上制作ps原型件，通过渗蜡后得到ps基熔模，再采用熔模铸造工艺，通过制壳、浇铸、清理壳体后得到精密铸件。2.采用sls设备制作树脂砂材料型壳和型芯原型件，然后通过焙烧得到型壳和型芯，再采用直接型壳制造工艺，通过浇注、清理砂壳后得到精密铸件。 快速原型制造技术具有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。快速原型制造技术以离散/堆积原理，通过切片软件将复杂零件的三维cad模型按一定方式离散切片成为简单可加工的离散面（二维平面）、离散线和离散点，然后再采用激光烧结将这些离散的面、线和点堆积形成零件的整体形状“快速原型”。近年来快速原型的制造已发展为快速模具制造及快速制造，这些技术能大大缩短产品的设计开发周期，解决单件或小批零件的制造问题。快速成形技术系统的工作流程，如图1所示。图1快速成形系统工作流程一hrps激光粉末烧结系统组成hrps系列激光粉末烧结快速成形机是由：激光器、振镜动态聚焦扫描系统、主机成形室、送粉机构、控制系统、加热单元、计算机及软件。二hrps系列主要技术参数及技术指标1工作环境* 电压:3相4线，380v10%* 频率:50hz2%* 环境温度:1825* 相对湿度:小于60%2技术规格及参数 目前 最大设备空间：1200mm1200mm600mm* 成型空间:320mm320mm450mm，400mm400mm450mm，500mm500mm400mm* 制件精度:200mm0.2mm或0.1%* 分层厚度:0.080.3mm连续可调3硬件要求* 激光器:美国synrad公司射频co2激光器；型号:j48-5w；功率50w，功率控制连续可调；使用寿命28000小时。* 振镜动态聚焦扫描系统：美国general scanner公司m3系列，型号：hplk1330-9；焦平光斑尺寸: 0.4mm；焦深:10mm；最大扫描速度:4m/s；扫描器重复定位高度0.02mm。* 光学系统：镀金反射镜，扩束镜。* 铺粉系统：三缸式铺粉系统，中间为成型工作缸，左右为送粉缸。* 铺粉时间：小于8秒。* 工作缸：工作缸活塞采用四导柱导向；储料室容积:不小于110l。* 工控机：台湾原产工控机piv2.4g/80g硬盘/256内存，17纯平。* 激光冷却器：全封闭恒温循环水冷，制冷量:1600w；额定功率:0.6匹；水流量:50l/min。* 加热系统：工作缸0-4kw/送粉缸0-2kw模糊控制功率可调；温度闭环自动控制。* 安全措施：自动关机功能，故障自动停机，激光安全防护。4软件要求* 软件工作平台：windows2000；* 自动切片软件系统：控制软件能直接读取stl文件；* stl文件的可视化，具有旋转平移缩放等图形变换功能； * stl文件容错切片技术，不需另配纠错软件和人工纠错，分区变向扫描；* 新的stl文件压缩数据存储格式，使stl文件的大小压缩至原来的1/2-1/3；* 原型制作实时动态仿真；* 终身免费软件升级。三hrps系列激光粉末烧结快速成型机的特点1最大成形空间：1000mm1000mm600mm，大于国内外同类产品。层厚0.080.3mm，可连续调节，可一次性成型更大的零件，具有更高的性价比。2采用国外著名公司生产的动态聚焦振镜扫描系统，其最大偏转角度为20。在采用“500mm500mm”扫描平面的条件下，实际应用中的最大偏转角度为10。在正常应用范围内工作，完全可保证动态聚焦振镜扫描系统的长期使用寿命。另外，国外激光粉末烧结快速成型机的生产厂家早已推出大台面的设备，从一个侧面证明了我公司设计的正确性和发展思想的前瞻性。3采用三缸式铺粉方式，即中间为成形工作缸，左、右为送粉缸，可节约铺粉时间，显著地提高了快速成形的效率。每一层的铺粉时间仅4秒，远小于双缸式铺粉机构的10秒。以成形100mm高的零件为例，如果成形层厚度选择0.1mm，则会铺粉1000次，每次三缸式铺粉机构比双缸式机构可节省6秒，仅此就可节省6000秒，即1小时40分。另外，在辅助加热装置方面，除对主工作缸预热（加热功率04kw）外；对二个送粉缸也同时预热（加热功率02kw）。这样减少了送粉缸与工作缸中成形材料的温差，减少了加热等辅助时间，提高了工作效率，同时可减少制件的翘曲变形。4工作环境温度实现闭环控制，可实时精确控制工作环境温度。5机床刚度好，采用整体焊接结构，表面经时效处理和磨削加工，保证了整机精度和运行性能。6、系统全部软件均由我公司自行研制开发，具有自主知识产权，我公司软件具有以下独特功能：a、独有的stl文件容错切片技术，不需另配纠错软件和人工纠错。b、自适应切片功能：即在零件切片截面没有变化的部分，计算机自动设置较大的间距提高生产效率；零件切片截面变化大的部分，计算机自动设置较小的间距，减少台阶效应，提高制件质量。即在保证制件质量的前提下，大幅提高生产效率。c分区变向扫描。在提高成形效率的同时减少翘曲变形量。d新的stl文件压缩数据存储方式，使stl文件的大小压缩至原来的1/21/3。e原形制作动态仿真。f、目前能提供适合不同用途的高性能、低成本、无毒无害的高分子粉末材料。激光粉末烧结快速成形技术的成本分析1设备的使用费用hrps-iv激光快速成型系统可工作的运行时间为72000小时（20小时/天30天/月12月/年10年=72000小时），设备价格以价格98万人民币计，运行期间（十年）维护费用以50万人民币计（5万人民币/年10年=50万人民币），则每小时设备的费用为34.58元（98万人民币+50万人民币）72000小时=20.56元/小时）。故设备的使用费用可计为20.56元/小时。2激光粉末烧结快速成形技术的成形效率ps粉末材料密度0.482分层高度0.2mm 扫描间距0.2mm扫描速度4000mm/s每秒烧结0.2*0.2*4000=160mm3小时烧结3600s*240mm3576000mm3576cm3可烧结277.6g/h动作时间10%加工效率249.8g/h树脂砂材料密度2.1分层高度0.3mm扫描间距0.3mm扫描速度4000mm/s每秒烧结0.3*0.3*4000=360mm3小时烧结3600s*360mm31296000mm31296cm3可烧结2721.6g/h动作时间10%加工效率2449.44g/h3材料的消耗费用成型材料的价格按品种的不同有区别。ps粉末材料树脂砂材料价格100元/公斤2000-5000元/吨材料损耗10%10%每小时最高消耗100元*0.2498kg*（1+0.1）=27.48元2.45*（1+0.1）=2.7kg2.7kg*平均3元=8.1元注：以上成本均按hrps-v型设备正常工作状态的参数数据演算而来，不代表极限条件下的最高效率。设备正常使用情况下材料消耗不会长期维持每小时最高消耗。4水、电费用hrps-iv型设备的总功率约为10kw，设备正常运行时的平均功率约为总功率的30%，故此项实际消耗功率为3kw/小时左右。hrps-v型设备总功率约为20kw，设备正常运行时的平均功率约为总功率的30%，故此项实际消耗功率为6kw/小时左右。5人员费用。设备为无人操作运行，只是前、后处理过程中需要有人，可安排23人熟悉计算机操作及机电类相关知识的中职人员操作设备，费用按实际工资水平计，约为10元/小时。6管理费用管理费用按总费用的5%计。四、激光粉末烧结快速成型技术在精密铸造中的应用实例 图1 摩托车汽缸体粉末烧结蜡模及精密铸造铝合金零件零件尺寸：253.8 * 253.7 * 181.8 mm3 图2 摩托车汽缸盖粉末烧结蜡模及精密铸造铝合金零件零件尺寸：135.5 * 173.5 * 77.8 mm3 图3 螺旋叶片粉末烧结蜡模及精密铸造铝合金零件零件尺寸：138.8 * 138.8 * 156.6 mm3 图4 扫雪机箱体粉末烧结腊模及精密铸造铝合金零件零件尺寸：184.8 * 199.2 * 240.4 mm3。 图5 蜗壳、蜗轮粉末烧结蜡模零件尺寸：379.8 * 263.6 * 182.8 mm3 211.2 * 281.3 * 172.2 mm3 图6 大型叶轮粉末烧结蜡模零件尺寸：452.7 * 452.7 * 123.2 mm3 图7 内镶钢圈嵌件的精密铸造铝合金摩托车发动机零件零件尺寸：263.2 * 261.6 * 143.1 mm3 图8 叶轮粉末烧结精密铸造不锈钢零件零件尺寸：262.6 * 262.6 * 107.1 mm3 图9 叶轮粉末烧结精密铸造