HGB/PES复合粉末激光烧结数值模拟与实验研究
发布时间：2021-02-20 01:08
选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering,SLS）是众多3D打印技术中较为成熟的一种,与传统加工方式相比,该技术不仅可以根据人为的需求,快速加工出几何形状复杂、性能良好的产品,加工后剩余的粉末经过筛选处理还可以实现二次利用。但在加工的过程中,某些材料会产生有毒有害的物质,甚至不能循环利用,且价格还较为昂贵。所以本文以环保无污染和价格低廉的角度为出发点,选用空心玻璃微珠（Hollow Glass Bead,HGB）/聚醚砜树脂（Polyethersulfone resin,PES）复合粉末进行选择性激光烧结研究。本文对HGB/PES复合粉末烧结成型机理进行了讨论。简述了激光与HGB/PES复合粉末的作用机理,确定了液相烧结机理适用于选择性激光烧结工艺下的HGB/PES复合粉末,并且讨论了液相烧结的过程。还从CAD模型误差、材料本身的特性以及烧结工艺参数等方面讨论了影响HGB/PES复合粉末成型的因素,为后续HGB/PES复合粉末有限元模型的建立以及烧结实验提供了理论依据。本文采用ANSYS17.0有限元分析软件,首先对模拟所需要的初始条件进行讨论,通过编写A...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨ＳＬＳ技术的应用??（ｌ）ＳＬＳ技术的工作原理??选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）足一种蕋于激光扫描的增材制造技术，如图〗．２为ＳＬＳ基??本工作原理示意图
?东北林业大学硕士学位论文???激光溆＼??铺粉辊?？?＼光路系统??＼?雜?ｒｒ１：—１??ｉ＆ｖｖｎ?＾??￣＾￣＼?、粉未??升降Ｉ作缸??图１．２?ＳＬＳ基本工作原理示意图??（２）?ＳＬＳ技术的国内外发展现状??ＳＬＳ技术由Ｔｅｘａｓ?ａｔ?Ａｕｓｔｉｎ的Ｄｅｃｋａｒｄ于２０世纪８０年代提出，并于１９８９年成功研??发。然后ＤＴＭ将其商用，并成功设计出了原型机［｜３乜??德国ＥＯＳ公司凭借技术及工业基础优势迅速设计出了具有一定的竞争力的激光烧结??成型设备。该公司开发了一款利用ＡＰＰ软件控制和分析烧结过程中熔池的变化状态型号??为ＥＯＳＭ１００的激光烧结设备，该设备相对于之前的设备，能够更迅速的加工出形状复??杂性能良好的金属零件［１４］。??为了在没有任何实物平台下实现３６０度死角操作，美国波音公司公司开发了一种悬??浮式的增材制造技术，可以在整个生产工艺过程中将零件悬空。由于该技术使用多个设??备同时进行产品的加工制造，因此生产效率大大提高［１５１。??北京隆源自动化成型系统有限公司在１９９６年就最早开发出国内第一台型号为??ＡＦＳ３００烧结成型设备。在加工零件时，机器的铺粉棍在计算机的控制下，会自动进行??铺粉，无需人工手动铺粉，相比于传统加工技术，加工效率有着显著的提升。同时，无??需提前制造模具，也可以加工出一些形状复杂零件。该公司还为航空航天、汽车制造和??工业生产等行业制造了大批量的形状复杂的零件，推动了增材制造技术的发展１１６］。??湖南华曙高科技有限责任公司于２０１１年幵发了中国第一台选择性激光烧结尼龙设??备。并且在２０１６年设计出了具有完全开放系统、双波束扫描系统和
?２?ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末选择性激光烧结成型机理研究???粒被生成的聚醚砜树脂液相所包围。由于聚醚砜树脂由固相转化为液相，使其体积变小，??从而导致ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末整体发生收缩，导致密度减校图２－２（ｂ）（ｃ）为烧结阶段。??（ｃ）液相转化为固相?冷却凝固阶段??烧结结束后，由于缺少了激光束辐射所产生的热量，成型缸中的温度逐渐降低至聚??醚砜树脂的固化温度，这时，聚醚砜树脂所产生的液相转化为固相，所扫描过的部分逐??渐凝固成型。图２－２（ｄ）为冷却凝固阶段＾。??．ＰＥＳ??ＨＧＢ??（ａ）?（ｂ）??（ｃ）?（ｄ）??图２－２?ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末液相烧结过程示意图??２．３影响ＨＣＢ／ＰＥＳ复合粉末成型的因素??影响烧结件成型的因素有很多，例如零部件的三维建模误差、所用原材料本身的特??性以及烧结工艺参数的不恰当选择等。这些因素不仅决定着烧结是否能够顺利进行、而??且还影响着烧结件的力学性能，因此合理确定这些参数是至关重要的。??２．３．１三维模型误差??选杼性激光烧结技术采用叠加成型的工艺原理，在烧结成型开始前，须对三维模型??转化为ＳＴＬ格式并且进行切片处理，从而得到加工所需的二维轮廓信息。在ＣＡＤ格式??转化为ＳＴＬ格式时，由于软件本身的缺陷会产生少许拟合误差，而在进行切片处理时，??切片厚度太小会导致出现“台阶效应”，从而出现一些原理性的误差，所以一般切片厚??度设置为０．０５？０．３ｍｍ范围内（常取Ｏ．ｌｎｉｍ以上）｜７８１。??２．３．２材料参数的影响??材料自身的参数是影响烧结成型最？要因素之一。其主要有：粉末的粒径、收缩率、??熔点、比热容、密度和导热系数等Ｉ７９１。
本文编号：3041984
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨ＳＬＳ技术的应用??（ｌ）ＳＬＳ技术的工作原理??选择性激光烧结技术（ＳＬＳ）足一种蕋于激光扫描的增材制造技术，如图〗．２为ＳＬＳ基??本工作原理示意图
?东北林业大学硕士学位论文???激光溆＼??铺粉辊?？?＼光路系统??＼?雜?ｒｒ１：—１??ｉ＆ｖｖｎ?＾??￣＾￣＼?、粉未??升降Ｉ作缸??图１．２?ＳＬＳ基本工作原理示意图??（２）?ＳＬＳ技术的国内外发展现状??ＳＬＳ技术由Ｔｅｘａｓ?ａｔ?Ａｕｓｔｉｎ的Ｄｅｃｋａｒｄ于２０世纪８０年代提出，并于１９８９年成功研??发。然后ＤＴＭ将其商用，并成功设计出了原型机［｜３乜??德国ＥＯＳ公司凭借技术及工业基础优势迅速设计出了具有一定的竞争力的激光烧结??成型设备。该公司开发了一款利用ＡＰＰ软件控制和分析烧结过程中熔池的变化状态型号??为ＥＯＳＭ１００的激光烧结设备，该设备相对于之前的设备，能够更迅速的加工出形状复??杂性能良好的金属零件［１４］。??为了在没有任何实物平台下实现３６０度死角操作，美国波音公司公司开发了一种悬??浮式的增材制造技术，可以在整个生产工艺过程中将零件悬空。由于该技术使用多个设??备同时进行产品的加工制造，因此生产效率大大提高［１５１。??北京隆源自动化成型系统有限公司在１９９６年就最早开发出国内第一台型号为??ＡＦＳ３００烧结成型设备。在加工零件时，机器的铺粉棍在计算机的控制下，会自动进行??铺粉，无需人工手动铺粉，相比于传统加工技术，加工效率有着显著的提升。同时，无??需提前制造模具，也可以加工出一些形状复杂零件。该公司还为航空航天、汽车制造和??工业生产等行业制造了大批量的形状复杂的零件，推动了增材制造技术的发展１１６］。??湖南华曙高科技有限责任公司于２０１１年幵发了中国第一台选择性激光烧结尼龙设??备。并且在２０１６年设计出了具有完全开放系统、双波束扫描系统和
?２?ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末选择性激光烧结成型机理研究???粒被生成的聚醚砜树脂液相所包围。由于聚醚砜树脂由固相转化为液相，使其体积变小，??从而导致ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末整体发生收缩，导致密度减校图２－２（ｂ）（ｃ）为烧结阶段。??（ｃ）液相转化为固相?冷却凝固阶段??烧结结束后，由于缺少了激光束辐射所产生的热量，成型缸中的温度逐渐降低至聚??醚砜树脂的固化温度，这时，聚醚砜树脂所产生的液相转化为固相，所扫描过的部分逐??渐凝固成型。图２－２（ｄ）为冷却凝固阶段＾。??．ＰＥＳ??ＨＧＢ??（ａ）?（ｂ）??（ｃ）?（ｄ）??图２－２?ＨＧＢ／ＰＥＳ复合粉末液相烧结过程示意图??２．３影响ＨＣＢ／ＰＥＳ复合粉末成型的因素??影响烧结件成型的因素有很多，例如零部件的三维建模误差、所用原材料本身的特??性以及烧结工艺参数的不恰当选择等。这些因素不仅决定着烧结是否能够顺利进行、而??且还影响着烧结件的力学性能，因此合理确定这些参数是至关重要的。??２．３．１三维模型误差??选杼性激光烧结技术采用叠加成型的工艺原理，在烧结成型开始前，须对三维模型??转化为ＳＴＬ格式并且进行切片处理，从而得到加工所需的二维轮廓信息。在ＣＡＤ格式??转化为ＳＴＬ格式时，由于软件本身的缺陷会产生少许拟合误差，而在进行切片处理时，??切片厚度太小会导致出现“台阶效应”，从而出现一些原理性的误差，所以一般切片厚??度设置为０．０５？０．３ｍｍ范围内（常取Ｏ．ｌｎｉｍ以上）｜７８１。??２．３．２材料参数的影响??材料自身的参数是影响烧结成型最？要因素之一。其主要有：粉末的粒径、收缩率、??熔点、比热容、密度和导热系数等Ｉ７９１。
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