精密制造技术反映了一个国家高端制造业的水平,对人民的生活质量、国家的发展建设都有着至关重要的意义。二十一世纪以来,中国制造业发展迅猛,在许多领域,机械零部件的结构变得越来越复杂,力学性能要求也越来越高,特种加工技术及快速成形技术便应运而生。随着现代医疗行业的日新月异,医用钛合金植入件在口腔、神经外科、心血管科、胸外科、耳鼻喉科、骨外科等生物医学领域有着极为广泛的应用需求。钛合金电子束粉末熔化技术是一种非常有发展前景的数字化快速成形加工技术,但迄今为止国内的相关装备研发还存在一些问题:升降台实现闭环控制难度大,运动精度不高;铺粉装置的铺粉效果有待提高;成形尺寸较小且不可调等。本研究课题结合国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的任务需求,针对医用钛合金植入件电子束粉末熔化设备的研制,进行造物升降工作台与铺粉装置的结构设计与性能研究,为项目的后续研究打下基础。本文主要研究的内容:(1)通过理论计算的方法研究铺粉过程对成形件的密度、收缩量、翘曲量及表面精度的影响,探究颗粒粒径、机械结构精度对铺粉效果的影响。确定铺粉方式及压辊转动方式,理论基础上对落粉漏斗、铺粉压辊的技术参数进行最优值求解。(2)根据理论计算的结果,结合国内市场现有的技术,确定整个项目的解决方案:升降台采用尺蠖式升降运动、通过光栅位移传感器进行位移测量反馈,利用楔形块进行升降驱动及误差补偿,实现运动+测量+补偿的闭环控制系统;铺粉装置采用压粉与落粉相结合的复合式铺粉方式,提高铺粉质量,内置宽度调节机构实现铺粉区域可调。利用catia软件设计装备三维模型,阐明装置总体布局及各个模块的机械结构设计、技术参数、工作原理、创新点。(3)利用ANSYS Workbench有限元分析模块对主要零部件进行静力学分析和模态分析,根据仿真结果进行结构优化和材料选择。建立升降台模块、铺粉模块的数学模型,确定部分加工过程的工艺参数,设计主要模块的电气系统。(4)搭建试验台样品机,主要包括升降台装置和铺粉装置。利用试验台样机进行相关验证性试验和关键模块的性能检测,包括载重验证试验、落粉验证性试验、运动精度测量试验、铺粉效果演示试验等。根据试验结果,分析误差原因并提出改进方案,掌握试验方法,为第二代样机的开发和试验做铺垫。