基于SLS的多孔结构体二次烧结工艺研究

摘要

多孔结构材料因大量的内部孔隙而兼具轻质、密度小、高比强度、吸声、减震、散热等物理性能和机械性能，是一类具有巨大应用潜力和被广泛使用的功能结构材料。本文针对目前国内外应用激光一次烧结制备多孔结构体所存在问题，结合SLS技术优势提出并研究了基于SLS的多孔结构体二次烧结工艺，对制备任意复杂形状的多孔结构体具有重要意义。
　　本文首先分析了激光一次烧结法制备多孔结构体所存在的问题，并通过对SLS成型原理和工艺参数的影响分析，制定了激光二次烧结法制备多孔结构体的技术路线，并通过预实验论证了激光二次烧结的可行性。
　　通过SLS烧结件空间摆放位置实验和成型角度实验，研究了小尺寸单元体的可加工性，得出单元体两支柱夹角为45°～90°，支柱与水平方向角度在30°～90°之间时，可提升小尺寸单元体可加工性;结合几何分析构建了单元体空间几何模型，研究了各几何参数对单元体结构的影响关系，确立了参数λ=0.8、α2=60°且具有较好堆积效果的单元体作为二次烧结的研究对象。
　　运用实验的方法并结合PFC3D仿真软件，从堆积密度、孔隙率、流动性、配位数等几个方面研究了单元体堆积特性，得出孔隙率和堆积密度的关系式;并通过仿真说明了堆积体系内部结构的均匀性，统计出单元体堆积体系内部孔径分布呈正态分布，孔径尺寸范围为0.38mm～2.5mm，平均孔径为1.62mm。
　　通过对粘粉工艺和搭建加热装置的研究，改善了单元体二次烧结性能;并运用MATLAB拟合了激光功率、扫描速率、粘粉量和加热温度与二次烧结性能关系多项式，定量分析了各工艺参数的影响规律，最终根据激光二次烧结工艺路线成型出多孔结构体试样。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 增材制造技术概述

1．2 多孔结构体

1．2．1 多孔结构体概述

1．2．2 多孔结构体分类与应用

1．3 多孔结构体制备及其研究现状

1．3．1 多孔结构体主要制备方法及存在问题

1．3．2 SLS／SLM技术制备多孔结构体研究现状

1．3．3 SLS／SLM技术研究现状及发展应用

1．4 课题研究目的及意义

1．5 课题研究的主要内容

第2章 基于SLS的多孔结构体二次烧结工艺分析

2．1 激光一次烧结制备多孔结构体问题分析

2．1．1 激光一次烧结制备多孔结构体工艺方法

2．1．2 激光一次烧结制备多孔结构体存在问题

2．1．3 激光二次烧结制备多孔结构体的提出

2．2 基于SLS的多孔结构体二次烧结工艺

2．2．1 SLS成型基本原理

2．2．2 SLS工艺参数影响分析

2．2．3 多孔结构体二次烧结工艺技术路线

2．3 多孔结构体二次烧结可行性分析

2．3．1 多孔结构体二次烧结预实验

2．3．2 实验结果分析

2．4 本章小结

第3章 多孔结构单元体形态与尺寸的确定

3．1 SLS成型机实验区域选定

3．2 单元体尺寸与形态探索性实验

3．2．1 单元体几何分析

3．2．2 实验方案的设计

3．2．3 实验结果分析

3．3 SLS烧结件空间位置实验

3．3．1 单元体摆放位置实验

3．3．2 单元体成型角度实验

3．4 单元体结构尺寸的确定

3．4．1 实验方案设计

3．4．2 实验结果分析

3．5 本章小结

第4章 多孔结构单元体堆积表征

4．1 单元体堆积表征方法

4．2 单元体堆积特性表征

4．2．1 单元体堆积密度

4．2．2 单元体堆积孔隙率

4．2．3 单元体流动特性

4．2．4 单元体其它特性

4．3 基于PFC3D的堆积特性仿真

4．3．1 PFC3D颗粒流分析软件简介

4．3．2 离散元素法的颗粒模型建立

4．3．3 单元体堆积的复杂特性仿真

4．4 结果分析

4．5 本章小结

第5章 激光二次烧结多孔结构体性能影响研究

5．1 单元体二次烧结粘粉工艺分析

5．1．1 单元体粘粉量的控制

5．1．2 粘粉单元体二次烧结实验

5．2 加热装置的搭建

5．2．1 加热装置

5．2．2 温度控制

5．2．3 加热温度条件下二次烧结实验

5．2．4 实验结果分析

5．3 工艺参数对激光二次烧结性能影响实验

5．3．1 激光二次烧结性能评价

5．3．2 粘粉量对二次烧结性能影响实验

5．3．3 激光功率对二次烧结性能影响实验

5．3．4 扫描速率对二次烧结性能影响实验

5．3．5 加热温度对二次烧结性能影响实验

5．4 多孔结构体二次烧结成型实验

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果