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基于小功率激光烧结的金属零件/模具快速制造工艺研究

王成  
【摘要】:选择性激光烧结是一种比较成熟的快速成型技术,利用选择性激光烧结技术实现金属零件和模具的快速制造,具有广阔的应用前景,也是目前研究的热点和难点。在国外,激光烧结覆膜金属粉末可以间接成型金属件,而且这项技术已成功应用在模具工业上,但由于技术垄断和对材料及工艺都保密,我国难以掌握和应用。本文的目的就是研究小功率激光烧结金属粉末材料及其成型工艺。主要研究内容和结果如下: 研究了环氧树脂与金属均匀混合粉末作为SLS 成型材料,这种粉末有制备简单,成本低,成型性好的优点。根据高分子聚合物与金属材料粘接性能的好坏,选择E-20,E-12,E-03 三种环氧树脂作为粘接剂,选择316L,45 号钢,铁作为结构材料,并确定了粘接剂和结构材料的质量配比。 对环氧树脂与金属均匀混合粉末的激光烧结原理做了探讨,从理论上分析了激光功率,扫描速度,扫描间距,单层层厚四个激光烧结工艺参数对原型件强度和精度的影响。用正交实验的方法优化了激光烧结的四个工艺参数,优化的工艺参数为:激光功率为14W、扫描速度为2000mm/s、扫描间距为0.1mm、单层层厚为0.1mm。 对原型件的降解、高温烧结、熔渗等后处理展开了研究。分析了降解温度、保温时间、保护气氛对降解过程的影响; 分析了高温烧结的机理和过程,高温烧结参数对烧结件性能的影响,总结了烧结收缩规律,给出减小和补偿烧结收缩的措施; 研究了纯铜,青铜,环氧树脂三种熔渗材料及熔渗工艺,并对熔渗前后的制件性能作了对比。 本文通过研究小功率激光间接成型金属零件和模具,制造出具有复杂几何结构的金属零件和具有随形冷却流道的注塑模具。


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