基于间接性选区激光烧结的金属零件快速制备工艺研究

摘要

用快速成型技术（RP）快速制造出高性能的复杂金属件，是利用RP 实现快速制造的最高目标，具有广阔的应用前景，其中采用选区激光烧结（SLS）技术制造金属件是目前世界上研究的热点和难点。在国外，激光烧结覆膜金属粉末可以间接成型金属件，而且这项技术已经商业化。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。本文的目的是研究基于间接性选区激光烧结的金属成型粉末及其成型工艺。主要研究内容和结果如下： 研究了三种典型高分子聚合物粘结剂（聚苯乙烯，尼龙，环氧树脂）与Fe 均匀混合粉末作为SLS 成型粉末，综合考虑三种成型粉末烧结件的成型强度和成型精度，本文确定了环氧树脂E-20 作为粘接剂，并确定了粘接剂的含量为8％。这种粉末具有制备简单，成型性好，成本低的优点。 对制备的Fe 成型粉末的激光烧结原理进行了研究，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烧结件强度和精度的影响。采用正交试验的方法进行了工艺优化，优化的工艺参数为：激光功率为10W、扫描速度为1800mm/s、扫描间距为0.1mm、单层层厚为0.1mm。在此优化的工艺参数下，烧结件的拉伸强度可以达到0.986MPa；烧结件的误差在X 方向为0.2～0.35mm之间，在Y 方向为0.2～0.35mm 之间，在Z 方向为0.15～0.3mm 之间。同时，通过理论分析研究了以铁成型粉末为材料的SLS 制件的精度问题。 此外对烧结件的热脱脂、熔渗等后处理进行了初步的探讨。分析了降解温度，升温速度，保温时间对降解过程的影响；总结了脱脂降解过程中的收缩规律，给出减小和补偿烧结收缩的措施；同时探讨了铝合金熔渗工艺，熔渗前后尺寸精度保持良好，强度大幅提升，拉伸强度达到了210MPa。 本文通过研究基于间接性选区激光烧结的金属成型粉末及其成型工艺，制备出具有复杂几何结构的金属零件。