0 前言

快速成形技术（Rapid Prototyping，简称RP）是集计算机学、光学、材料学以及其他学科于一体并且将零件的三维CAD模型通过制造设备堆积成具有一定结构和功能的零件或原型的一种先进制造技术[1]。它不同于传统的车、铣、刨、磨等去除成型，也不同于铸、锻、粉末冶金等受迫成型的加工方法，而是采用材料累加的方法[2]。较传统加工方法，快速成型制造技术具有技术集成度高、自由成型制造、高柔度性、应用领域广泛等优点[3-4]。本研究采用的丝材等离子电弧增材制造技术适用于大尺寸且形状较复杂构件的低成本、高效快速成型，是与目前发展较成熟的激光增材制造方法优势互补的3D增材成型技术，克服了激光或电子束设备成本高、成型效率低的缺点[5]。通过三维建模，全过程由计算机控制将材料逐层累加制造实体零件，缩短了加工周期，减少工序，提高了原材料的使用率，并且形状越复杂其优势越明显。

1 系统组成

等离子弧金属快速成型技术是以等离子弧作为热源，熔化金属基体（或前层熔积金属）和金属填充材料，由计算机控制三维运动机构和变位机按照预先设定的层积路径提供运动轨迹扫描，控制等离子弧在层积路径形成移动的金属熔池，熔融金属经过快速凝固形成所需的金属功能零件[6]。

等离子弧快速成型系统主要由运动控制系统、焊接电源、送丝系统、水冷循环系统等组成。本研究采用2台独立的焊接电源供电，其中一台为主弧电源，另一台为维弧电源，由于两者互不干扰，提高了设备的稳定性和零件的成型精度。送丝系统设计利用Visual C++6.0开发运动控制卡控制步进电机实现步进送丝，配合焊枪运动，进一步提高成型精度，减小变形。其系统组成如图1所示。

图1 系统组成 Fig.1 System composition

2 控制卡及运动平台的搭建

2.1 运动控制卡

运动控制卡是实现运动控制的核心部分，为满足快速成型系统长时间、高精度的运行要求，采用AVR2系列ATMEGA2560单片机作为控制卡的处理器，ATMEGA2560多达100个引脚，有多个输入/输出口，具有通讯速率高、处理速度快、稳定性好等优点。

控制卡通过数据总线与上位机实现通讯，通讯速率可达200 kB/s，能够同时对多个步进电机进行协同控制[7]。输出4路单脉冲（脉冲+方向）信号，其中3路控制x、y、z三轴协同运动，完成对运动路径的扫描，第四路信号控制送丝电机配合扫描路径实现步进送丝。控制卡与驱动器的接口电路采用共阳极接法，具体接口电路示意如图2所示。

图2 控制卡和驱动器接口电路 Fig.2 Control card and driver interface circuit

2.2 运动平台的搭建

运动机构将等离子焊枪固定在滑台的滑块上，由步进电机通过滑台的丝杆旋转变为滑块的移动，实现焊枪对运动路径的扫描。由于等离子焊枪结构复杂、枪体较重，对导轨和电机均有一定的要求。因此选定3个1610型丝杠搭建成3轴滑台，采用雷塞86HS85步进电机驱动丝杆旋转，完成了运动平台的搭建。

3 软件设计及部分系统参数设定

3.1 软件设计

（1）传统的防洪工程施工技术和本文防洪工程施工技术在一定程度上都能够保证施工工程的安全性，具有一定的耐久性，并能够减少洪水灾害带来的损失，但是与传统的防洪工程施工技术相比，本文中基于河道行洪能力复核的防洪工程施工技术花费成本较低，而防洪工程的安全性更高，更有利于防洪工作的进行。

图3 主程序流程 Fig.3 Main program flow chart

3.2 部分参数设定

利用CAD软件进行三维建模，再将模型进行切片处理生成G代码，通过运动控制卡将G代码编译为脉冲驱动信号送入步进电机，最后由步进电机驱动丝杆转动，实现焊枪对运动路径的扫描，最终得到实体零件。但是，要保证零件的成型精度，需根据步进电机和丝杠的相关参数严格确定输出脉冲。所选步进电机和滚珠丝杠的相关参数如表1和表2所示，通过式（1）计算得到控制卡输出脉冲的个数。

表1 步进电机参数 Table 1 Stepper motor parameters

型号雷塞86HS85额定电压U/V 24额定电流I/A 4.9保持扭矩/N·m 8.5步距角/（°）1.8

表2 滚珠丝杠参数 Table 2 Ball screw parameters

型号1610丝杠直径/mm 16导程/mm 10水平载重/kg 50垂直载重/kg 10

#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT{320，320，320} //x，y，z轴移动 1mm 所需要的脉冲。

（1）设计了以运动控制卡为核心的等离子弧快速成型系统，以PC机作为上位机实现了三维建模，模型分层，路径编译；以运动控制卡和三轴运动系统为下位机实现步进电机的控制，焊枪运动。

其次，零件的设计尺寸必须小于丝杠的最大行程，以下是软件中相关参数的设定，0表示限位开关的位置。

#define X_MAX_POS 600//x轴运动的最大位移（单位：mm）；

软件设计主要分为读取G指令、解析和编译、信号输出三大模块。读取指令模块主要实现与上位机通讯，识别并读取G代码送到指令存储区；解析和编译模块的功能是将存储区的G代码转化为脉冲信号；信号输出模块则是将信号从控制卡单向传输到步进电机驱动器，最终实现步进电机的控制[8]。软件的主程序流程如图3所示。

推动科技成果转化是促进科技与经济结合、实现创新驱动发展的重要手段，是贯彻落实习近平总书记科技创新思想、实施创新驱动发展战略的一项重大举措。江苏省历来高度重视科技成果转移转化工作，与中科院、北京大学、清华大学等大院大所均建立了长期合作关系，科技成果转移转化活跃、成效显著。

#define Y_MAX_POS 600//y轴运动的最大位移（单位：mm）；

为提高农村小学语文教师的综合素质与教学水平，进而促进小学语文教学质量的提高，组织和开展教研活动是非常有必要的。但是在我县大多数小学中，小学语文教研活动的开展成效并不高，并且农村小学语文教师本身对教研活动的参与积极性也不高。现就联系实际来谈谈如何有效开展农村小学语文教研活动，仅与大家共勉。

#define Z_MAX_POS 500//z轴运动的最大位移（单位：mm）；

青萝站在一旁，闻听此言，立即插言道：“两个脉？是有身孕了吗？”少女快言快语，当着屋中众人，直将“身孕”二字说了出来，丝毫不知避讳。

4 模型分层及验证实验

4.1 模型分层

经过软件编写、硬件电路连接、运动平台搭建等步骤最终完成实验设备的搭建工作。测试过程由CAD制图软件设计零件的三维模型如图4a所示，并将模型保存为STL文件。而合理地实现STL文件模型分层是增材制造中极为重要的环节，也决定着最终实体零件的质量和精度。经过多次焊接实验得到分层高度、成型速度等相关参数，切片采用Cura软件根据实验参数对STL文件模型进行分层切片，如图4b所示。将经过切片处理得到的模型的G代码文件通过USB数据总线传输到运动控制卡，再由运动控制卡驱动运动平台按轨迹扫描最终得到实体零件。基于模型的STL文件分层参数如表3所示。

#define Y_MIN_POS 0 //y轴运动的最小位移（单位：mm）；

4.在领用材料的生产制作过程中存在串料、替代料使用的现象，且在过程中没有留下相应的信息轨迹，导致无法归集至相应成本对象。

图4 三维模型及其分层 Fig.4 3D Model and 3D Model stratification

表3 模型分层参数 Table 3 Model stratification parameters

模型高度/mm 30模型厚度/mm 4模型边长/mm 50分层高度/mm 1.2熔敷速度/mm·s-1 1.5

4.2 验证实验

实验采用2台小型TIG-200等离子焊接电源作为快速成型系统的热源，采用直径为0.8mm的ER70S-6的金属丝材和侧向填丝工艺，配合运动系统和送丝系统进行验证实验。实验获得实体零件的工艺参数和零件的实际参数如表4和表5所示，实物如图5所示。

表4 成型工艺参数 Table 4 Forming process parameters

主弧电流I/A 45维弧电流I/A 30离子气流量/L·min-1 5保护气流量Q/L·min-1 8.4送丝速度v/mm·s-1 17.5弧长/mm 8

表5 实物参数 Table 5 Entity parameters

零件高度/mm 28零件边长/mm 50底层厚度/mm 4顶层厚度/mm 5

图5 等离子弧快速成型实物 Fig.5 Plasma arc rapid prototyping

5 结论

长江经济带土地面积约占全国的21%，但人口和经济总量超过全国的40%。长期以来，沿江分布的40余万家化工企业，在撑起中国化工半壁江山的同时，也造成长江流域内资源与环境压力的与日俱增，尤其是磷矿采选与磷化工产业快速发展导致的水体总磷超标问题。为此，国家先后出台《长江经济带发展规划纲要》《长江经济带生态环境保护规划》等文件，对长江经济带的发展建立“硬约束”，明确指出长江生态环境只能优化、不能恶化，产业发展要体现绿色循环低碳发展要求。

（2）整套设备实现了由三维模型到实体零件的自动化成型，减少了人工干预，克服了复杂零件加工困难、铸造成本高的缺点。

（3）经测试设备性能稳定，零件成型良好。

参考文献：

[1]郭志飞，张虎.增材制造技术的研究现状及其发展趋势[J].机床与液压，2015，43（5）：148-151.

#define X_MIN_POS 0 //x轴运动的最小位移（单位：mm）；

[2]张培.基于快速成型的三维模型数据处理技术研究[D].河南：河南科技大学，2013.

#define Z_MIN_POS 0 //z轴运动的最小位移（单位：mm）。

[3]王庭庭，张元彬，谢岳良.丝材电弧增材制造技术研究现状及展望[J].电焊机，2017，47（8）：60-64.

[4]冯志明，李锋军，蔡安克，等.薄壁壳体件的快速成型技术开发研究[J].铸造技术，2015，36（1）：230-233.

[5]耿海滨，熊江涛，黄丹，等.丝材电弧增材制造技术研究现状与趋势[J].焊接，2015（11）：17-21.

[6]向永华，徐滨士，吕耀辉，等.基于微束等离子熔覆的直接金属快速成形系统设计[J].机床与液压，2010，38（5）：56-58.

[7]夏章龙.基于CAN总线的冲压成型嵌入式控制系统设计研究[D].湖北：武汉理工大学，2012.

基于此，我认为小亮的主要问题有懒散、自控力差、缺乏明确的追求目标三方面。明确的追求目标是核心，因为人一旦有了明确的追求目标就会变得勤奋、自律。鉴于此，帮助小亮找到明确的追求目标，成了我教育转化小亮的首要工作。

[8]田永中，周建平，梁楚华.开放式数控系统中G代码编译器的设计与研究[J].机械设计与制造，2011（3）：154-155.

电力市场改革从能量交易的市场化开始，因而初级阶段的电力市场往往只有能量市场，而其他产品和服务，如无功、备用、调频、黑启动等辅助服务仍通过固定费率支付的方式获得。