多层PA6粉末选区激光烧结的翘曲与应力变形研究

摘要

选区激光烧结技术(Selective Laser Sintering，SLS)，利用激光对粉末材料的选择性扫描，使其局部熔融并由线——面——体的熔接成三维实体结构的制造技术。SLS技术在逐层制造成型过程无需辅助支撑，成型材料广泛（塑料、金属以及陶瓷等），成形物具有较高的综合机械性能，使其受到面向工业应用领域的高度关注。
　　本文分析了不同扫描方式对于烧结过程的影响，结合烧结实验改善尼龙复合材料的收缩和变形。最终通过烧结工艺的优化，减小了烧结过程中的热应力和变形，得到三维实体结构件。
　　首先，利用有限元仿真软件分析了扫描方式对于烧结样品温度场的影响，详细计算了不同分区方式的温度场——将整体扫描区域划分为几块相同形状的局部区域，结果表明，较小的扫描可减小烧结过程中温度场的不均匀性。在较小分区扫描的基础上，分析了三种扫描顺序（连续扫描、螺旋形扫描、相互独立扫描）的温度场，研究发现，螺旋形扫描顺序下温度场的温度梯度相对较小，为了下一步尼龙粉末烧结实验扫描方式的优化提供了理论基础。
　　其次，介绍了常用高分子材料的改性方法及特点，选择15um和30um的硅灰石粉末作为尼龙粉末的改性填料，制备了尼龙/硅灰石的复合粉末。
　　最后，在有限元分析的基础上，利用尼龙改性粉末进行选区激光烧结实验，由于复合粉末相对于尼龙材料的热物性参数发生变化，设计正交试验分析了复合粉末的烧结性能。在此基础上，研究了分区扫描和层叠方式对于烧结样品的翘曲变形的影响，结果表明，对于正方形烧结样品而言，采用较小的分区扫描和合理的扫描顺序，能够有效减小尼龙改性材料烧结样品的变形。硅灰石复合粉末的改性烧结实验表明，粒度较小的硅灰石粉末，改善翘曲变形的效果相对较好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 快速成型技术概述

1．2 选区激光烧结技术

1．3 常用的SLS材料

1．4 课题研究意义和研究内容

第2章 选区激光烧结温度场分析

2．1 三维温度场模型的建立

2．1．1 激光烧结传热过程分析

2．1．2 移动点热源的温度场分析

2．2 扫描方式对于烧结过程温度场的影响

2．2．1 不同区域划分对于温度场的影响

2．2．2 不同扫描方向对于温度场的影响

2．2．3 不同扫描顺序对温度场的影响

2．3 本章总结

第3章 尼龙复合粉末的制备

3．1 尼龙6粉末材料的改性方法

3．2 尼龙6粉末填料的选择

3．2．1 填料重要的物理性质

3．2．2 常用的填料及特点

3．3 硅灰石改性尼龙6粉末的制备

3．3．1 填料表面处理的方法

3．3．2 复合改性材料的制备

3．4 本章总结

第4章 尼龙6及复合粉末的烧结实验和分析

4．1 复合粉末烧结参数的优化

4．1．1 尼龙／硅灰石复合粉末烧结试验

4．2 层叠扫描方式的影响实验与分析

4．3 分区扫描的影响实验与分析

4．3．1 不同大小区域划分的烧结实验分析

4．3．2 同一局部区域扫描方向的烧结实验分析

4．3．3 不同扫描顺序下的烧结实验

4．4 30um硅灰石复合粉末的烧结

4．4．1 30um硅灰石含量的复合粉末烧结实验

4．4．2 30um硅灰石粉末的分区烧结实验

4．5 三维结构的烧结

4．6 本章总结

第5章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 存在问题与研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果