激光选区烧结快速原型技术工艺研究

摘要

快速原型(RP)技术是近年来受学术界和制造业广泛关注的一种先进成型制造技术。相对于其他快速原型技术而言，激光选区烧结技术(SLS)由于用材广泛而备受关注，并且应用领域同益拓宽。目前SLS基本原理已经完善，所以针对具体的SLS系统如何在不增加昂贵的附加成本的同时，进一步提高成型效率、提高成型件的精度、完善成型件性能以及尽量扩展成型件的适用范围是发展SLS技术的重要课题。论文正是基于以上观点，就高分子粉末材料的激光选区烧结快速原型技术中的成型精度、成型效率、扫描路径、成型件的后处理以及数据处理等问题开展了深入的研究。 本文的工作和取得的主要成果包括以下方面： 建立了用于估算烧结深度的SLS粉末快速原型工艺过程数值计算模型。研究了SLS中的翘曲变形问题，分析了翘曲变形的根本成因、发展趋势及解决方法。论述了SLS成型的变形机理，提出了SLS成型变形的全面解决方案。全面分析了影响成型件性能的各种因素。通过制作专门的样件，采用正交实验的方差、极差分析方法，讨论了各工艺参数对成型件精度、成型效率、薄壁型零件以及后处理工艺的影响，并且优化了工艺参数的组合，大幅度改善了成型件质量。针对当前成型系统烧结时间预计误差大的问题，利用六西格玛技术推导出一种新的烧结时间预计模型，可有效降低预计误差。研究了SLS数据处理中的关键技术，提出了一种新的支撑设计方法和分区扫描算法。将新的时间预计模型在路径生成软件中程序化，这对于SLS服务方的对外报价、安排作业顺序和权衡加工效率与成型件性能之间的优先权有十分重要的参照作用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1快速原型技术概述

1.1.1快速原型技术特点

1.1.2快速原型技术分类

1.2 SLS技术的研究现状

1.3本课题研究的目的、意义和主要内容

1.3.1本课题研究的目的、意义

1.3.2本课题主要内容

第二章SLS工艺粉末烧结原理研究

2.1 SLS工艺原理分析

2.2 SLS烧结机理研究

2.2.1材料特性

2.2.2 SLS过程数学模型的建立

2.2.3成型件的翘曲变形分析

2.2.4加工变形机理的研究

2.3工艺参数分析

2.3.1预热温度

2.3.2激光功率密度

2.3.3扫描速度

2.3.4扫描间隔

2.3.5单层厚度

2.3.6扫描方式

2.4本章小结

第三章SLS工艺参数优化

3.1精度试验

3.1.1试验安排

3.1.2试验数据

3.1.3试验分析

3.2成型效率试验

3.2.1试验安排

3.2.2试验数据

3.2.3试验分析

3.2.4结论

3.3薄壁零件工艺参数优化

3.3.1典型薄壁零件加工分析

3.3.2原因分析

3.3.3解决对策

3.4后处理工艺研究

3.4.1功能零件SLS加工件的后处理

3.4.2铸造用蜡模SLS加工件的后处理

3.5本章小结

第四章SLS工艺成型时间预计研究

4.1成型时间预计方法分析

4.2六西格玛简介

4.2.1 6 Sigma是一个标准尺度

4.2.2 6 Sigma是一种管理方法

4.2.3 6 Sigma是一个管理系统

4.3 DMAIC模型在加工时间预计流程上的运用

4.3.1识别问题

4.3.2测量阶段

4.3.3分析阶段

4.3.4改进阶段

4.3.5控制阶段

4.4本章小结

第五章数据处理研究

5.1关于生成STL文件的关键技术研究

5.1.1 STL文件

5.1.2 STL文件的修复

5.1.3 STL模型的分割

5.1.4支撑设计

5.2 CLI文件

5.3关于生成路径文件的关键技术研究

5.3.1由普通扫描路径生成优化扫描路径

5.3.2新型分区扫描策略研究

5.4路径规划软件研究

5.4.1路径文件格式

5.4.2时间预计模块的软件实现

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1本文的主要工作和贡献

6.2后续研究工作展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢