聚苯乙烯粉末的选择性激光烧结成型工艺参数预测

发布时间：2020-04-26 04:48

【摘要】：针对选择性激光烧结(SLS)成型工艺参数优化实验中存在的实验成本高、适用性差、耗时长等问题,本文从SLS成型工艺原理出发,利用有限元分析软件对SLS聚苯乙烯(PS)及其复合材料的相关成型工艺参数范围进行了一定的分析预测。首先,在SLS工艺成型过程及成型原理的基础上,基于三维传热模型,利用有限元分析软件ANSYS建立了SLS成型工艺参数仿真分析预测模型,根据仿真模型和烧结实验的需要对PS、PS/CF以及PS/PE粉末材料的相关物性参数进行了测定。其次,全面分析了各成型工艺参数对成型质量的影响,以成型件的弯曲强度和成型精度作为衡量指标,激光功率和扫描间距作为仿真分析预测对象,以PS选区激光烧结成型工艺为研究对象,使用ANSYS仿真软件对在激光作用下粉体内部的温度场分布作出仿真分析,根据SLS工艺成型质量满足要求时所对应的温度场分布要求,反推预测得出PS粉末SLS的成型激光功率和扫描间距值的合理范围,并通过烧结实验对其的有效性进行了验证分析。最后,采用仿真分析预测的方法对PS/CF和PS/PE复合材料SLS成型激光功率和扫描间距的合理范围作出预测分析,并进行相应烧结验证实验,以检验该方法在改性PS复合材料中的普适性;采用通过仿真分析预测手段得出的PS粉末SLS成型的激光功率和扫描间距合理值,根据熔模精密铸造工艺的具体要求进行大尺寸的铸造原型烧结实验,以验证SLS成型工艺参数仿真分析预测结果与实际工业应用值之间的吻合性。本文为SLS工艺参数预测提供了一种新思路和新方法,对PS及其复合材料在SLS领域中的工业化应用具有一定的参考价值。
【图文】：

原理图,工艺成型,原理

1 绪论几种常见的 3D 打印工艺中，SLS 成型工艺虽然在成型精度方面较有差距，但是其可用材料种类多、来源广，如众多的高分子有机点金属、陶瓷以及其它可熔性粉末材料等；使用材料较其他工艺成型中较低的激光功率就能满足打印需要，因而该工艺具有更低印效率和较大的成型尺寸，在工业生产方面的应用具有更加广泛粉末与成形件之间互为支撑，减少了因额外添加支撑而带来的材生产成本；该工艺还具有较大的加工制造柔性，适合更多领域的工艺在某些精度要求不高但是形状结构复杂的零部件制作中具有速熔模铸造领域中铸造原型的制作[8]。速成型工艺作为 3D 打印技术的一种，其基本成型原理为：基于“，根据三维数据模型的分层截面信息，高能激光束在计算机的控可熔性粉末材料，实现粉末材料在 X-Y 平面内有选择的熔融固化累加直至模型打印完成，进而实现三维模型的打印制作；具体原

成形件,成型材料,成型工艺参数,单因素实验

图 1.2 产生破裂的 PS 成形件研究意义阶段，为了改善在 SLS 工艺中 PS 及其复合材料的成型质量，常从成型材料组工艺参数两方面出发进行优化研究。不同组分的成型材料具有不同的最佳成型，，而得出一组最佳成型工艺参数需进行一系列的配比实验、单因素实验、正交差或方差分析、整体平衡整体优化等，其基本流程如图 1.3 所示；同时又因为S 工艺成型质量的因素众多（如激光扫描方式、预热温度、扫描速度、激光功率距等），因此得到一组最佳成型工艺参数的实验过程繁琐，实验量极大，不利艺在工业生产中的应用与推广，严重限制了 PS 及其复合粉末材料在 SLS 领域。PS粉辅助材料配比实验单因素实验正交试验极差分析激光功率预热温度
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.3;TP391.73

【参考文献】