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《江苏大学》 2003年
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激光选区烧结快速成型技术中若干关键问题的研究

马涛  
【摘要】: 快速成型(RP)技术是近年来倍受学术界和制造业关注的一种先进成型制造技术。目前世界上占主导地位的5种RP成型方法其基本原理业已完善,针对具体的RP系统如何在不增加昂贵的附加成本的同时,进一步提高成型效率、提高成型件的精度、完善成型件性能以及尽量扩展成型件的适用范围是发展RP技术的重要课题。作者正是基于以上观点,就高分子粉末材料的激光选区烧结(SLS)快速成型技术中的成型精度、成型时间、扫描路径、成型件的后处理及成型件在制模中的应用等问题开展了深入的研究。所得结果成功应用于HRPS-ⅢA型SLS快速成型系统的加工过程中,对该系统制造出性能优良的产品起到了重要的作用,并为改进该系统提供了重要的依据。 本文全面分析了影响成型件精度的各种因素。通过制作专门的样件,采用正交实验的方差、极差分析方法,讨论了各工艺参数对成型件尺寸、形位精度和表面粗糙度的影响,并且优化了工艺参数的组合,大幅度改善了成型件质量。论文还重点研究了SLS中的翘曲变形问题,提出了翘曲变形的根本成因、发展趋势及解决方法,并通过正交实验考察了主要加工参数的选取对翘曲变形的影响,实验结果和方法对于具体SLS系统减小翘曲变形有很大指导意义。此外,论文还论述了SLS成型的变形机理,提出了SLS成型变形的全面解决方案。 本文推导出了SLS成型时间精确计算的数学模型,该模型显示在SLS加工中的扫描“延时”现象会造成实际成型时间远远大于理论时间,并且扫描线条数、扫描线总长和扫描速度对扫描“延时”有不同程度的影响。该模型和实验方法可将SLS成型时间的计算误差控制在秒内,这对于SLS服务方的对外报价、安排作业顺序和权衡加工效率与成型件性能之间的优先权有十分重要的参照作用。 SLS中环形扫描可以得到比光栅式扫描好得多的成型质量,本文提出了一种全新的基于环形扫描的分区方法,该种分区方法的算法简单,很大程度上解决了环形扫描中由于算法复杂所导致的成型效率不高的问题。 本文研究了高分子粉末材料成型件的后处理问题,开发出的渗蜡和渗树脂的后处理方法极大的提高了成型件的性能,并且成功开发出了多种颜色的成型件。这都很大程度的扩展了高分子材料成型件的适用范围。 本文就所开发出的渗树脂成型件在快速模具制造中的应用进行了研究,通过直接利用该类后处理件作为型腔来制造蜡型,并将此蜡型用于熔模铸造中,极大的提高了原型件的利用率;另外还用此类后处理件进行石膏型和陶瓷型精密铸造型腔的开发,均取得了较大进展。
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