本文關(guān)鍵詞：尼龍粉末選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝數(shù)值模擬研究

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【摘要】：選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser sintering,SLS)是一種增材制造技術(shù),通過逐層鋪粉,逐層掃描燒結(jié)的方式直接制造零件。因其能加工任何復(fù)雜幾何形狀的零件,成形過程中零件無需額外支撐,材料利用率高,近年來在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。對于任意一種燒結(jié)材料,SLS工藝需根據(jù)被燒結(jié)粉末的性質(zhì)匹配成形工藝參數(shù)才能燒結(jié)出密度均勻且機械性能良好的制件。成形工藝參數(shù)包括:鋪粉工藝參數(shù)和燒結(jié)工藝參數(shù)。尼龍粉末作為SLS廣泛應(yīng)用的材料之一,國內(nèi)外學(xué)者對其燒結(jié)工藝做了大量的研究,但對其鋪粉工藝過程的研究較少。鋪粉工藝的好壞將直接影響到成形工藝能否順利進行,并影響粉床密度均勻性,進而影響燒結(jié)件密度均勻性及其機械性能參數(shù)。因此,本文通過實驗和離散元法相結(jié)合的方法研究尼龍粉末SLS鋪粉工藝,探索粉體微觀參數(shù)和鋪粉參數(shù)對鋪粉質(zhì)量的影響規(guī)律。具體工作包括以下幾個方面:(1)在研究鋪粉過程中粉末顆粒間的相互作用時,由于尼龍粉末顆粒的粒徑在20-100μm,顆粒分子間的范德華力比重力還大,因此必須考慮范德華力的作用。本文首先介紹了經(jīng)典彈性及粘彈性接觸模型,比較和分析其適用場合,在此基礎(chǔ)上建立了尼龍粉末微觀作用力接觸模型,采用EDEM-API建立了接觸模型計算模塊,并進行數(shù)值模擬。通過理論計算和軟件計算結(jié)果的對比,驗證了接觸模型計算模塊的正確性。(2)采用超景深顯微鏡觀測了尼龍粉末的微觀顆粒形狀,通過激光粒度儀測試了其粒徑分布;通過直剪試驗,休止角試驗和滾筒試驗對離散元模型參數(shù)進行了校準。(3)分析了輥筒旋轉(zhuǎn)速度、平移速度、輥筒微幅振動、輥筒半徑和顆粒的粒徑及分布對鋪粉過程中成形區(qū)粉床密度均勻性、密實特性的影響。還研究了輥筒在鋪粉過程中的受力和鋪粉層對已成形件的影響。(4)首先,通過實驗分析了余粉與新粉的顆粒微觀形貌,粒徑及其分布的異同,研究了新粉與余粉的流動特性。然后,開展了SLS工藝過程中新粉、余粉及兩者不同比例混合粉末的鋪粉工藝的數(shù)值模擬,并進行了燒結(jié)實驗。最后,分析了鋪粉后粉床密度均勻性及密實特性,研究了燒結(jié)件的表面粗糙度和機械性能參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：鋪粉工藝 接觸模型 離散元法 新粉與余粉配比
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG665
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 概述10-11
• 1.2 選擇性激光燒結(jié)簡介11-17
• 1.2.1 選擇性激光燒結(jié)高分子材料簡介12-15
• 1.2.2 選擇性激光燒結(jié)鋪粉裝置簡介15-17
• 1.3 粉體流動性綜述17-21
• 1.3.1 休止角法17-18
• 1.3.2 Hausner指數(shù)法18-19
• 1.3.3 Jenike法19-20
• 1.3.4 旋轉(zhuǎn)滾筒法（Revolution Powder Analyzer）20-21
• 1.4 選擇性激光燒結(jié)成形工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)21-23
• 1.4.1 粉體流動性對選擇性激光燒結(jié)成形的影響綜述21-23
• 1.4.2 范德華力下的細顆粒離散動力學(xué)研究現(xiàn)狀23
• 1.5 研究內(nèi)容與主要創(chuàng)新點23-26
• 1.5.1 研究內(nèi)容23-24
• 1.5.2 主要創(chuàng)新點24-26
• 第2章 尼龍粉體微觀作用力接觸模型26-36
• 2.1 概述26-27
• 2.2 顆粒的靜態(tài)粘附性接觸模型27-31
• 2.2.1 Hertz-Mindlin彈性模型27-29
• 2.2.2 Bradley模型29-30
• 2.2.3 JKR模型30-31
• 2.2.4 DMT模型31
• 2.3 經(jīng)典接觸模型比較31-32
• 2.4 尼龍粉末接觸力模型32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 鋪粉工藝模擬的離散元模型36-48
• 3.1 離散元法簡介36-37
• 3.1.1 DEM模型運行機理36-37
• 3.1.2 EDEM離散元軟件二次開發(fā)平臺37
• 3.2 尼龍粉末微觀參數(shù)的確定37-40
• 3.2.1 顆粒形狀37-38
• 3.2.2 尼龍粉末粒徑分布38-40
• 3.2.3 HR指數(shù)測量40
• 3.3 鋪粉過程離散元模型校準及驗證40-47
• 3.3.1 休止角試驗40-44
• 3.3.2 直剪實驗44-45
• 3.3.3 圓筒試驗45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 鋪粉工藝性研究48-62
• 4.1 簡介48
• 4.2 尼龍粉末鋪粉過程模擬48-53
• 4.2.1 鋪粉過程模型的建立48-50
• 4.2.2 參數(shù)說明50-53
• 4.3 鋪粉工藝模擬優(yōu)化研究53-60
• 4.3.1 鋪粉輥筒對鋪粉質(zhì)量的影響53-56
• 4.3.2 粉體粒徑分布對成形區(qū)密度的影響56-57
• 4.3.3 鋪粉機構(gòu)與鋪粉過程輥筒受力間的關(guān)系57-58
• 4.3.4 鋪粉輥筒對鋪粉過程粉體流動形態(tài)的影響58-60
• 4.4 鋪粉層粉層對已成形件的影響60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第5章 粉末配比對鋪粉工藝及燒結(jié)件質(zhì)量的影響62-74
• 5.1 簡介62-63
• 5.2 新粉余粉微觀物性參數(shù)比較63-65
• 5.2.1 顆粒形狀63
• 5.2.2 粒徑及分布63-64
• 5.2.3 尼龍粉末流動性表征64-65
• 5.3 粉末配比的鋪粉工藝性研究65-66
• 5.4 粉末配比燒結(jié)試驗66-73
• 5.4.1 實驗設(shè)備及材料66-69
• 5.4.2 成形區(qū)粉床表觀密度分析69-72
• 5.4.3 燒結(jié)件機械性能分析72-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-76
• 參考文獻76-83
• 致謝83-84
• 攻讀碩士期間所發(fā)表的論文及參與科研項目84

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本文編號：515188