激光3D打印用覆膜砂制备及成型工艺研究

发布时间：2020-04-18 04:42

【摘要】：本文基于激光3D打印技术特殊的成形方式与工艺特点,针对激光烧结件初始强度低,在清粉、转移过程中的易断裂或缺损等问题,采用两种热塑性酚醛树脂PF-1904、PFR-1350按1:1比例混合作为粘结剂,对适用于激光3D打印技术的覆膜砂制备工艺以及选区激光烧结工艺做了较为系统地研究。采用70/140目水洗硅砂,经过一系列初步实验,确定了影响覆膜砂性能的主要工艺因素有原砂温度、酚醛树脂含量、加入固化剂时混料温度、加入固化剂后混砂时间等。通过正交试验对覆膜全过程进行分析和优化,结果表明,各工艺参数对覆膜砂性能的影响为:树脂含量原砂温度加固化剂时混料温度加固化剂后混砂时间,获得了最佳覆膜工艺参数组合为:原砂温度180℃、树脂含量3wt.%,加入固化剂时混料温度110℃,加入固化剂后混砂35s,且常温抗拉强度达到3.6MPa,发气量18ml/g,完全能够达到铸造生产要求。此外,在达到技术指标以及强度符合使用要求的前提下,宝珠砂覆膜砂树脂含量仅为2wt.%,且发气量明显降低。与硅砂覆膜砂相比,宝珠砂覆膜砂烧结件的综合性能明显提高,尤其适用于成型复杂细薄零件的铸造用砂型(芯)。本文使用中北大学自主研制的SLS-500点扫描激光快速成型机,采用正交试验方法对覆膜砂选区激光烧结成型工艺参数进行了系统地研究。通过正交试验的极差分析发现,烧结工艺参数对覆膜砂的烧结特性影响程度大小为:激光功率扫描距离扫描速度铺粉层厚,最佳的烧结覆膜砂工艺参数为:激光功率24w,扫描速度1400mm/s,扫描间距0.20mm,铺粉层厚度0.30mm。经实验验证,在此最佳烧结工艺参数下烧结试样的初始常温抗拉强度达到0.62MPa。对烧结件的后处理工艺进行试验研究发现,当保温温度220℃、保温时长15min时,烧结试样常温抗拉强度可以达到3.5MPa以上,能够满足铸造过程的使用要求。
【图文】：

混制,混砂机,时间分配,干热

图 2.1 混砂机干热覆膜法的混制时间分配图2.2 覆膜砂的固化反应机理覆膜砂在模具或芯盒内的硬化过程可以看作酚醛树脂和乌洛托品在受热条件下发生的硬化反应。在覆膜砂受到模具温度作用的过程中，如图 2.2 所示，树脂膜将发生三个阶段的化学反应和物理转移。阶段 1：树脂受热熔融且其粘度不断降低，当到达一定温度时混在凝胶化树脂中的乌洛托品开始发生分解并释放出甲醛。反应方程式如下： 26423(C H)N6HO6HCHO4NH阶段 2：此阶段的树脂仍处于热塑性状态，且会有少量的水被释放出来，就在这时，乌洛托品分解出的甲醛会与线型酚醛树脂分子发生缩合反应（即甲醛先在酚醛树脂分子链上的苯酚羟基的对位处生成羟甲基，如图 2.3 所示，然后，此酚羟基再与其他酚醛树

转变曲线,热塑性,酚醛树脂

中北大学学位论文14图 2.1 混砂机干热覆膜法的混制时间分配图2.2 覆膜砂的固化反应机理覆膜砂在模具或芯盒内的硬化过程可以看作酚醛树脂和乌洛托品在受热条件下发生的硬化反应。在覆膜砂受到模具温度作用的过程中，如图 2.2 所示，树脂膜将发生三个阶段的化学反应和物理转移。阶段 1：树脂受热熔融且其粘度不断降低，，当到达一定温度时混在凝胶化树脂中的乌洛托品开始发生分解并释放出甲醛。反应方程式如下： 26423(C H)N6HO6HCHO4NH阶段 2：此阶段的树脂仍处于热塑性状态，且会有少量的水被释放出来，就在这时，乌洛托品分解出的甲醛会与线型酚醛树脂分子发生缩合反应（即甲醛先在酚醛树脂分子链上的苯酚羟基的对位处生成羟甲基，如图 2.3 所示，然后，此酚羟基再与其他酚醛树脂分子苯酚核的对位或邻位的活性氢原子缩合，生成亚甲基－CH2－键）使得树脂分子由线型结构转变为体型结构，向热固性的阶段 3 进行。树脂贯穿砂粒间，砂粒之间形成架桥。3NH 造成的碱性气氛
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG221

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