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复合尼龙粉末激光烧结性能的实验研究

罗艳  
【摘要】: 选择性激光烧结技术(Select Laser Sintering,SLS)是快速成型技术的一个重要分支,由于无需任何工模具、不受零件几何现状限制、材料利用率高、生产周期短等优点极大地提高了生产柔性。基于现有的成型设备,开发出高性能材料、提高成型效率与精度、改善激光烧结件的使用性能以扩展其应用范围,已成为SLS快速成型技术的重要发展方向。 复合尼龙粉末的选择性激光烧结技术是目前世界上研究的热点,该技术制造出来的原型强度高,具有弹性且耐劳,适合紧迫装配及多方面的功能测试。但是,在国内对复合尼龙粉末选择性激光烧结技术的研究还刚刚起步,所以在烧结工艺方面还有许多问题有待进一步研究。 成型过程中温度场是复杂多变的,这样的温度场会引起热应力,伴随着材料的收缩使得零件发生变形。为了解决这些问题,提出了有限元仿真的方法。通过ANSYS模拟SLS过程,得到温度场的分布。传统尼龙粉末材料直接烧结过程中会发生严重的收缩和翘曲变形,无法满足使用要求。本课题的目的就是制备出适合于选择性激光烧结用的高性能复合尼龙粉末。本文研究主要如下: 采用ANSYS有限元分析软件,综合考虑热传导、热辐射、热对流、相变潜热和热物性参数等,建立与真实工艺状态相一致的有限元模型,并采用APDL语言编程实现激光热源的移动,采用“生死单元”技术实现多层多道烧结过程中材料的增长,对复合尼龙粉末烧结过程中的温度场进行有限元模拟,分析单层、多层多道烧结区域的特征并得出最佳扫描间距0.15mm、铺粉厚度0.15mm。通过试验进行温度测量并与模拟结果进行对比,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。 以PA12为基料,HDPE为有机填料,配制不同配比的尼龙复合粉末,并利用正交实验法得出每组配比的最优工艺参数,根据优化后的工艺参数烧结试件并比较机械性能。结果表明,随着复合粉末里HDPE的增加,弹性模量、拉伸强度先减小后增加。分别讨论了工艺参数对翘曲量的影响及预热温度、激光能量密度、材料属性对次级烧结的影响。


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