本文關(guān)鍵詞：選擇性激光燒結(jié)成型件精度及抗壓強(qiáng)度研究

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【摘要】：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(wú)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(jiǎn)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(wèn)題：成型設(shè)備成本較高,且無(wú)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(wú)法滿足使用要求等。針對(duì)以上問(wèn)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、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(guò)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(guò)快時(shí),成型材料無(wú)法獲得足夠的能量,從而導(dǎo)致成型件表面粗糙度大,尺寸精度低,抗壓抗拉強(qiáng)度不高。而當(dāng)激光功率過(guò)大,掃描速度過(guò)于緩慢時(shí),則容易導(dǎo)致成型材料的燒結(jié)過(guò)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(guò)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(wú)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低；當(dāng)掃描間距過(guò)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(guò)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(zhǎng)。(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階梯效應(yīng)最為明顯。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN249

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