【摘 要】
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选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）是近几年发展趋势较好且较为成功的一种快速成型技术,其优势在于自由成形,整体制造,可定制化制造传统减材加工难以加工的复杂结构零件。针对目前小型无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）飞行时间短的问题,本文利用SLS技术制备轻质小型无人机机架,因此开发一种轻质高分子复合材料,前期以空心玻璃微珠（Holl
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选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）是近几年发展趋势较好且较为成功的一种快速成型技术,其优势在于自由成形,整体制造,可定制化制造传统减材加工难以加工的复杂结构零件。针对目前小型无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）飞行时间短的问题,本文利用SLS技术制备轻质小型无人机机架,因此开发一种轻质高分子复合材料,前期以空心玻璃微珠（Hollow Glass Beads,HGB）作为填料,以聚醚砜树脂（Polyethersulfone resin,PES）作为基体的HGB/PES烧结件达到轻质的效果,但是力学性能较差,本文将环氧树脂（Epoxy Resin,EP）作为PES共混基体,获得激光烧结HGB/EP/PES复合材料。通过激光烧结试验确定小型无人机机架用HGB/EP/PES复合粉末激光烧结工艺参数和组分配比,然后将小型无人机机架作为研究对象,利用ANSYS Workbench软件对其进行拓扑优化,最后利用SLS技术制取小型无人机机架拓扑优化后的激光烧结件。研究烧结工艺参数对HGB/EP/PES激光烧结件的影响,设置不同预热温度和激光功率进行激光烧结试验制备HGB/EP/PES激光烧结拉伸件和弯曲件。分析随着预热温度的升高,激光烧结件烧结成形件、显微组织、力学性能、密度和尺寸精度的变化,试验获得适宜的复合粉末预热温度。确定预热温度后,研究激光功率对激光烧结件烧结成形件、显微组织、力学性能、密度和尺寸精度的影响。最终得出适合进行后续试验与制取小型无人机机架的激光烧结工艺参数。研究EP含量对HGB/EP/PES激光烧结件的影响,配置固定HGB体积分数、改变EP体积分数、其余为PES的HGB/EP/PES复合粉末,分析随着EP含量的上升,激光烧结件烧结成形的情况、内部显微组织的演变、力学性能的变化趋势、密度的变化规律以及尺寸精度的趋向。最终得到用于制取满足力学性能和密度要求的小型无人机机架激光烧结件的HGB/EP/PES复合粉末具体组分配比。利用ANSYS Workbench有限元软件对HGB/EP/PES复合材料制取的小型无人机机架进行拓扑优化。首先利用Solidworks软件建立小型无人机机架三维模型,导入至ANSYS Workbench的Static Structural模块进行静力学分析,根据应力云图和位移云图确定其受力薄弱位置,划分优化区域与保留区域,对小型无人机机架结构进行拓扑优化,将所得的拓扑结构重新建模,获得优化后小型无人机机架模型,对其进行静力学仿真,对比优化前后小型无人机机架模型的最大应力和最大位移,验证拓扑优化的合理性,最后制取结构优化后小型无人机机架激光烧结件。
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