尼龙材料SLS快速成型技术研究

摘要

快速成型(RP)技术是近年来倍受学术界和制造业关注的一种先进成型技术，是信息技术、计算机技术、CAD/CAM、激光技术以及材料科学的技术集成。目前世界上应用最广的RP成型方法之一是选区激光烧结(SLS)。基于具体的成型系统，开发新型高性能材料及其SLS成型技术、提高成型效率与精度、改善SLS原型的使用性能以及拓展SLS的应用范围，是发展SLS快速成型技术的重要课题。本文以AFS320-MZ/Q型SLS快速成型机为主要试验设备，以开发达到国外同类技术水平的新型高性能尼龙材料为主要目的，对国产尼龙材料的SLS快速成型技术进行了较深入的研究。 首先分析了SLS过程中激光与尼龙材料之间的相互作用；结合传统粉术烧结机理和热塑性塑料SLS成型特征，研究了尼龙材料选区激光烧结快速成型机理；重点探讨了尼龙材料SLS成型的两个难点—收缩和翘曲的产生机制，定性分析了成型收缩的组成、计算以及收缩与烧结工艺的关系阐述了翘曲变形的根本原因、发展趋势，并提出了改善的措施；全面分析了影响SLS试验的各种因素及影响级别。 其次通过比较热塑性塑料与尼龙材料SLS成型的优缺点，并借鉴国外的最新技术成果，经过初步试验和分析，开展了试验材料设计和试验方案的研究。试验材料也括主体材料和改性材料，主体材料选用国产尼龙1212；改性材料选用滑石粉、碳酸钙(轻钙)、活化轻钙、活化硅灰石、晶须及尼龙66等。采用物理改性(机械共混)和化学改性(共聚反应)两种方法配制出试验材料，进行改性材料的初步研究。选择主要的影响因素没计了试验方案。 最后通过SLS烧结性能试验，考察试验材料的成型性能。分析和比较了材料改性前后成型性能的差别，并探讨了填料的填充改性原理；在物理改性材料中，除了添加滑石粉的3-5号混合材料，其余材料的改性效果都不太明显，而且加入填料后，材料的强度有所下降；改性效果最好的材料是经过化学改性的共聚尼龙。针对共聚尼龙材料，详细分析了预热温度、激光功率和扫描速度等参数对其选区激光烧结试验的影响，并通过正交试验考察了各因素对成型质量的单一和综合影响规律，初步优化了共聚尼龙的SLS成型规范，实现了国产尼龙1212材料的三维烧结成型。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1快速成型技术概述

1.1.1诞生背景

1.1.2基本原理与特征

1.1.3快速成型技术分类

1.1.4应用概况

1.2选区激光烧结快速成型技术

1.2.1选区激光烧结技术特征

1.2.2选区激光烧结工艺过程

1.2.3国内外研究现状

1.3课题来源、目的和意义

1.4论文研究的主要内容

第二章尼龙材料的SLS成型机理研究

2.1激光与尼龙材料的相互作用

2.2尼龙材料SLS快速成型机理

2.3尼龙材料SLS成型难点分析

2.3.1成型收缩

2.3.2翘曲变形

2.4试验影响因素分析

2.4.1材料性能参数

2.4.2铺粉参数

2.4.3激光参数

2.4.4烧结环境

2.5小结

第三章试验材料与试验方案

3.1试验材料设计

3.1.1主体材料选择

3.1.3试验材料配制

3.2试验方案设计

3.3小结

第四章试验结果与分析

4.1试验结果评价方法

4.2不同尼龙材料的SLS成型性能比较

4.2.1 PA2200材料的SLS成型性能

4.2.2纯尼龙11材料的SLS成型性能

4.2.3纯尼龙1212材料的SLS成型性能

4.3填充改性对尼龙材料SLS成型性能的影响

4.3.1填充改性尼龙11材料的SLS成型性能

4.3.2填充改性尼龙1212材料的SLS成型性能

4.3.3填充改性机理探讨

4.4化学改性对尼龙材料SLS成型性能的影响

4.5共聚尼龙SLS快速成型技术优化

4.5.1预热温度对成型的影响

4.5.2激光功率对成型的影响

4.5.3扫描速度对成型的影响

4.5.4料缸粉末预热对成型的影响

4.5.5各参数对成型质量的综合影响

4.6小结

第五章总结与展望

5.1总结

致谢

参考文献

附录发表的论文和参加的学术活动