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SLS高分子粉料成型工艺参数及成型质量的比较研究

李小城  
【摘要】: 选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)是一种以激光为热源烧结粉末材料成型的快速成型技术。高分子粉末是目前应用较多的SLS粉料,用高分子粉料制作功能件和代替传统的蜡模应用于精密熔模铸造技术是SLS技术的一个重要的发展方向。 目前SLS高分子粉料的制备工艺处于行业保密状态,没有完整、公开的工艺流程可供参考,本文根据高分子粉末的制备方法,通过资料分析,总结出了低温粉碎法和溶剂沉淀法两种可行的SLS高分子粉料的制备方法和工艺流程。 合理的工艺参数组合是获得良好成型质量的关键,成型工艺参数的设置和材料的性能有关,本文选择四种SLS高分子粉料,对各自的粒度分布、堆积密度、熔融指数、板结温度等进行了测试。分析了粉料性能对成型工艺的影响,为高分子粉料的烧结参数优化提供了理论依据,如:将预热分成两步,对于非结晶型材料,起始预热温度定在材料的玻璃化温度和板结温度之间,稳定预热温度确定在玻璃化温度以下3~5℃;切片厚度应根据粉料的粒度分布和流动性确定。 针对SLS高分子粉料烧结成型过程中参数不合理而导致质量不稳定的状况,本文采用正交试验的方法对高分子粉末材料的烧结工艺参数组合进行了优化确定。通过试验得出了工艺参数对烧结密度的影响规律:烧结密度随激光功率和预热温度的增大而增大;随切片厚度和扫描速度和增大而减小。确定了四种粉料较优的工艺参数组合;提出了确定SLS高分子粉料烧结工艺参数一般方法和规律。 采用优化后的工艺参数组合烧结四种粉料的试验样件,对四种粉料的尺寸误差和机械性能做了详细的测量,并对四种粉料的成型质量进行了比较。对SLS制件平面尺寸和高度尺寸误差进行了详细的理论分析,找出了四种粉料在其各自的优化参数组合下的平均尺寸偏差和相对尺寸偏差,得到了减小成型尺寸偏差的补偿数值。 通过试验观察并对比了四种粉料的烧结性能,从烧结的难易程度来看,PSB成型性能较为稳定;STP1和PSC在烧结过程中容易产生翘曲,要求较高的预热温度;尼龙粉料由于是结晶型材料,成型件收缩翘曲严重,并且边界模糊,表面粗糙,其性能需进一步改善。


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