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工程塑料粉末激光烧结机理及工艺研究

崔瑞  
【摘要】:快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)技术,是集CAD/CAM技术、激光应用技术、材料科学、光化学、数控技术等于一体的高新技术,有效地提高了生产效率和制造柔性。随着该技术的成熟,其典型工艺之一的选区激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS),具有成型材料广泛,生产周期短,工程应用前景良好等优点,受到越来越广泛的重视。 本文通过工程塑料粉末激光烧结机理的分析,结合工程塑料粉末热物性参数随温度变化规律的探讨,研究了具有孔隙特性的粉末材料在激光作用下的三维非稳态温度场;在此基础之上,进行了点、线、面的烧结,并进行了工艺参数的优化,实现了三维实体结构的烧结成型;并根据激光烧结的原理及特点,设计了适用于工程塑料粉末三维结构烧结成型的原型机。 首先,通过对粉末激光烧结能量作用形式和过程的分析,理论和实验结合拟合得到了尼龙粉末热物性参数随温度变化的规律;通过对激光烧结瞬态作用的进一步分析,基于半无限大物体中的点热源及移动面热源作用模型,建立了激光烧结过程的三维温度场模型。 其次,通过塑料粉末三维结构烧结成型的工艺过程及其功能分配的分析,完成了烧结成型原型机的设计,主要部件结构包括:光扫描二维工作台,供粉装置,加热保温装置,支承平台及机架结构等。 最后,利用烧结三维温度场建模的计算,结合点、线、面烧结工艺参数的优化(如:激光功率,扫描速度,扫描间距,铺粉层厚等),实现了三维实体结构的烧结成型。 通过以上工作,初步得到了尼龙粉末(PA6)的烧结成型规范,为三维实体结构(零件)的烧结成型提供了很好的基础,同时,也将为其他工程塑料粉末材料的烧结成型及其工艺优化提供有益的参考。


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