選擇性激光燒結成型件精度及抗壓強度研究.pdf

1、隨著科技的進步與發(fā)展，人們對物質的需求也提升到了更高的水平，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)無法完全滿足人們日常生活與生產的需要，工業(yè)產品開始向多品種、小批量、高精度和復雜化的方向發(fā)展。選擇性激光燒結技術出現(xiàn)于上世紀80年代末期，目前在各個領域的應用已相當廣泛。它集成了計算機、數(shù)字控制、激光以及材料等多種技術及工藝，與傳統(tǒng)制造技術相比具有適用性廣、工藝簡單、自動化程度高、可直接進行零件燒結等優(yōu)點，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、燒結技術已普遍運用在汽車機械、醫(yī)療、建筑、航空航天、快速制造精鑄模具、工藝品設計等廣闊領域，對人們的生活生產方式影響深遠，在許多行業(yè)均有巨大的應用潛力。但是，作為目前一種相對較新的成型技術，選擇性激光燒結還存在著許多問題:成型設備成本較高，且無法同時用于成型多種材料，成型速度不高;成型件的表面質量不高，尺寸精度有限;成型件強度無法滿足使用要求等。針對以上問題，本論文首先概括性的論述了3D打印技術的研究進展，介紹了選擇性激光燒結技術的原理

3、、應用以及目前存在的不足，進而針對聚苯乙烯與覆膜砂材料，以HRPS-IV激光快速成型系統(tǒng)為實驗平臺設計工藝實驗，研究了多個工藝參數(shù)對選擇性激光燒結成型件性能的影響，優(yōu)化了成型過程中的工藝參數(shù)組合。本文主要結論如下:
　　(1)當激光掃描速度為2000mm/s時，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％。當激光功率太小，而掃描速度過快時，成型材料無法獲得足夠的能量，從而導致成型件表面粗糙度大，

4、尺寸精度低，抗壓抗拉強度不高。而當激光功率過大，掃描速度過于緩慢時，則容易導致成型材料的燒結過于充分，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量。
　　(2)對于聚苯乙烯而言，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。當掃描間距過大時，粉末材料被燒結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)域材料之間粘結不夠牢固，燒結成型件的表面不夠平整，成型件的強度受到影響而極大降

5、低;當掃描間距過小時，激光束大部分重合。此時相鄰區(qū)域的激光能量可以使該區(qū)域的粉末重復燒結，使得成型件最終產生較大的翹曲和收縮;如果繼續(xù)縮小激光掃描間距時，將會使得照射在粉末材料上的總激光能量過高，從而導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量。
　　(3)激光燒結單層厚度的選取對成型件表面粗糙度影響很大。對于聚苯乙烯而言，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。可當單層厚度太薄時，層片間會出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，燒結成型件的時間也長。
　　(4)針對數(shù)據(jù)前處理對選擇性激光燒結成型精度的影響，分析了數(shù)據(jù)處理階段誤差產生的原因以及誤差對成型件精度及其他性能的影響，成型件的擺放角度對成型時間以及成型件的表面質量有直接的影響。當CAD模型的表面不規(guī)則時，成型中會產生階梯效應，其表面接近垂直方向階梯效應最小，而接近水平方向但并不水平的表面則