選擇性激光燒結(jié)成型件精度及抗壓強(qiáng)度研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)的需求也提升到了更高的水平，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)無法完全滿足人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)的需要，工業(yè)產(chǎn)品開始向多品種、小批量、高精度和復(fù)雜化的方向發(fā)展。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)80年代末期，目前在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。它集成了計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制、激光以及材料等多種技術(shù)及工藝，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比具有適用性廣、工藝簡單、自動(dòng)化程度高、可直接進(jìn)行零件燒結(jié)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合制作熔模鑄造用模以及砂型鑄造用模。目前，選擇性激光

2、燒結(jié)技術(shù)已普遍運(yùn)用在汽車機(jī)械、醫(yī)療、建筑、航空航天、快速制造精鑄模具、工藝品設(shè)計(jì)等廣闊領(lǐng)域，對(duì)人們的生活生產(chǎn)方式影響深遠(yuǎn)，在許多行業(yè)均有巨大的應(yīng)用潛力。但是，作為目前一種相對(duì)較新的成型技術(shù)，選擇性激光燒結(jié)還存在著許多問題:成型設(shè)備成本較高，且無法同時(shí)用于成型多種材料，成型速度不高;成型件的表面質(zhì)量不高，尺寸精度有限;成型件強(qiáng)度無法滿足使用要求等。針對(duì)以上問題，本論文首先概括性的論述了3D打印技術(shù)的研究進(jìn)展，介紹了選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的原理

3、、應(yīng)用以及目前存在的不足，進(jìn)而針對(duì)聚苯乙烯與覆膜砂材料，以HRPS-IV激光快速成型系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)工藝實(shí)驗(yàn)，研究了多個(gè)工藝參數(shù)對(duì)選擇性激光燒結(jié)成型件性能的影響，優(yōu)化了成型過程中的工藝參數(shù)組合。本文主要結(jié)論如下:
　　(1)當(dāng)激光掃描速度為2000mm/s時(shí)，使用聚苯乙烯粉末成型的最佳激光功率為20％，使用覆膜砂成型的最佳激光功率為45％。當(dāng)激光功率太小，而掃描速度過快時(shí)，成型材料無法獲得足夠的能量，從而導(dǎo)致成型件表面粗糙度大，

4、尺寸精度低，抗壓抗拉強(qiáng)度不高。而當(dāng)激光功率過大，掃描速度過于緩慢時(shí)，則容易導(dǎo)致成型材料的燒結(jié)過于充分，甚至出現(xiàn)燒透燒斷現(xiàn)象，同樣不利于成型件最終的成型質(zhì)量。
　　(2)對(duì)于聚苯乙烯而言，最佳的掃描間距為0.2mm，而使用覆膜砂成型的最佳掃描間距為0.1mm。當(dāng)掃描間距過大時(shí)，粉末材料被燒結(jié)部分沒有連接成片或沒有重合，無法使相鄰部分的材料熔化，使得相鄰兩區(qū)域材料之間粘結(jié)不夠牢固，燒結(jié)成型件的表面不夠平整，成型件的強(qiáng)度受到影響而極大降

5、低;當(dāng)掃描間距過小時(shí)，激光束大部分重合。此時(shí)相鄰區(qū)域的激光能量可以使該區(qū)域的粉末重復(fù)燒結(jié)，使得成型件最終產(chǎn)生較大的翹曲和收縮;如果繼續(xù)縮小激光掃描間距時(shí)，將會(huì)使得照射在粉末材料上的總激光能量過高，從而導(dǎo)致成型材料表層的汽化電離，甚至變形，將不利于成型件最終的成型質(zhì)量。
　　(3)激光燒結(jié)單層厚度的選取對(duì)成型件表面粗糙度影響很大。對(duì)于聚苯乙烯而言，其最佳的單層厚度為0.2mm，使用覆膜砂成型的最單層厚度為0.3mm。通常情況下，激光

6、燒結(jié)的單層厚度越小，成型件的尺寸精度越高、成型件的表面粗糙度也越小?？僧?dāng)單層厚度太薄時(shí)，層片間會(huì)出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，燒結(jié)成型件的時(shí)間也長。
　　(4)針對(duì)數(shù)據(jù)前處理對(duì)選擇性激光燒結(jié)成型精度的影響，分析了數(shù)據(jù)處理階段誤差產(chǎn)生的原因以及誤差對(duì)成型件精度及其他性能的影響，成型件的擺放角度對(duì)成型時(shí)間以及成型件的表面質(zhì)量有直接的影響。當(dāng)CAD模型的表面不規(guī)則時(shí)，成型中會(huì)產(chǎn)生階梯效應(yīng)，其表面接近垂直方向階梯效應(yīng)最小，而接近水平方向但并不水平的表面則