马涛[1]2003年在《激光选区烧结快速成型技术中若干关键问题的研究》文中认为快速成型(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制造技术。目前世界上占主导地位的5种RP成型方法其基本原理业已完善，针对具体的RP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RP技术的重要课题。作者正是基于以上观点，就高分子粉末材料的激光选区烧结(SLS)快速成型技术中的成型精度、成型时间、扫描路径、成型件的后处理及成型件在制模中的应用等问题开展了深入的研究。所得结果成功应用于HRPS-ⅢA型SLS快速成型系统的加工过程中，对该系统制造出性能优良的产品起到了重要的作用，并为改进该系统提供了重要的依据。 本文全面分析了影响成型件精度的各种因素。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尺寸、形位精度和表面粗糙度的影响，并且优化了工艺参数的组合，大幅度改善了成型件质量。论文还重点研究了SLS中的翘曲变形问题，提出了翘曲变形的根本成因、发展趋势及解决方法，并通过正交实验考察了主要加工参数的选取对翘曲变形的影响，实验结果和方法对于具体SLS系统减小翘曲变形有很大指导意义。此外，论文还论述了SLS成型的变形机理，提出了SLS成型变形的全面解决方案。 本文推导出了SLS成型时间精确计算的数学模型，该模型显示在SLS加工中的扫描“延时”现象会造成实际成型时间远远大于理论时间，并且扫描线条数、扫描线总长和扫描速度对扫描“延时”有不同程度的影响。该模型和实验方法可将SLS成型时间的计算误差控制在秒内，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。 SLS中环形扫描可以得到比光栅式扫描好得多的成型质量，本文提出了一种全新的基于环形扫描的分区方法，该种分区方法的算法简单，很大程度上解决了环形扫描中由于算法复杂所导致的成型效率不高的问题。 本文研究了高分子粉末材料成型件的后处理问题，开发出的渗蜡和渗树脂的后处理方法极大的提高了成型件的性能，并且成功开发出了多种颜色的成型件。这都很大程度的扩展了高分子材料成型件的适用范围。 本文就所开发出的渗树脂成型件在快速模具制造中的应用进行了研究，通过直接利用该类后处理件作为型腔来制造蜡型，并将此蜡型用于熔模铸造中，极大的提高了原型件的利用率；另外还用此类后处理件进行石膏型和陶瓷型精密铸造型腔的开发，均取得了较大进展。
李小城[2]2007年在《SLS高分子粉料成型工艺参数及成型质量的比较研究》文中提出选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)是一种以激光为热源烧结粉末材料成型的快速成型技术。高分子粉末是目前应用较多的SLS粉料,用高分子粉料制作功能件和代替传统的蜡模应用于精密熔模铸造技术是SLS技术的一个重要的发展方向。目前SLS高分子粉料的制备工艺处于行业保密状态,没有完整、公开的工艺流程可供参考,本文根据高分子粉末的制备方法,通过资料分析,总结出了低温粉碎法和溶剂沉淀法两种可行的SLS高分子粉料的制备方法和工艺流程。合理的工艺参数组合是获得良好成型质量的关键,成型工艺参数的设置和材料的性能有关,本文选择四种SLS高分子粉料,对各自的粒度分布、堆积密度、熔融指数、板结温度等进行了测试。分析了粉料性能对成型工艺的影响,为高分子粉料的烧结参数优化提供了理论依据,如:将预热分成两步,对于非结晶型材料,起始预热温度定在材料的玻璃化温度和板结温度之间,稳定预热温度确定在玻璃化温度以下3～5℃;切片厚度应根据粉料的粒度分布和流动性确定。针对SLS高分子粉料烧结成型过程中参数不合理而导致质量不稳定的状况,本文采用正交试验的方法对高分子粉末材料的烧结工艺参数组合进行了优化确定。通过试验得出了工艺参数对烧结密度的影响规律:烧结密度随激光功率和预热温度的增大而增大;随切片厚度和扫描速度和增大而减小。确定了四种粉料较优的工艺参数组合;提出了确定SLS高分子粉料烧结工艺参数一般方法和规律。采用优化后的工艺参数组合烧结四种粉料的试验样件,对四种粉料的尺寸误差和机械性能做了详细的测量,并对四种粉料的成型质量进行了比较。对SLS制件平面尺寸和高度尺寸误差进行了详细的理论分析,找出了四种粉料在其各自的优化参数组合下的平均尺寸偏差和相对尺寸偏差,得到了减小成型尺寸偏差的补偿数值。通过试验观察并对比了四种粉料的烧结性能,从烧结的难易程度来看,PSB成型性能较为稳定;STP1和PSC在烧结过程中容易产生翘曲,要求较高的预热温度;尼龙粉料由于是结晶型材料,成型件收缩翘曲严重,并且边界模糊,表面粗糙,其性能需进一步改善。
齐迪[3]2016年在《用于选择性激光烧结高分子材料的制备与成型研究》文中研究指明选择性激光烧结成型技术采用分层迭加的制造原理,集计算机科学、材料科学、软件工程、激光技术等多种先进技术于一身,是当今国际上重要的快速成型技术之一。高分子材料在SLS材料中占有重要地位,应用前景十分广阔。国内外学者对高分子材料的制备与SLS成型原理及工艺有了较深入的研究,但迄今为止,可应用于SLS技术的高分子材料依然有限。本文针对SLS用非结晶性高分子材料的开发与成型进行了一系列研究:(1)以PS为样本系统地研究了非结晶性材料的尺寸精度问题,探讨了制件尺寸以及激光能量密度、预热温度、分层厚度等工艺参数对材料收缩、次级烧结、Z轴盈余、阶梯效应等现象的影响。(2开发了一种新型非结晶性材料苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)用于SLS技术。采用乳液法合成SAN树脂,通过正交实验确定工艺参数。将SAN烧结件与PS烧结件进行了对比,结果表明:喷雾干燥制得的SAN粉末致密度较高,其烧结件的力学性能较好。(3)对PS及SAN的烧结件用后处理材料进行了一系列实验,研究后处理蜡的配方,得到浸蜡实验的最佳工艺参数。对浸渗后处理烧结件的尺寸精度、力学性能进行测定,结果表明:所有烧结件的尺寸都有不同比例的收缩,烧结件经后处理力学性能都有较大提高,并且SAN的力学强度更好。
黄嵘波[4]2005年在《基于极坐标的激光选择性烧结（SLS）快速成型系统的研究》文中研究说明本文基于激光变长线快速成型系统和激光点扫描快速成型系统的特征,激光选区烧结成型工艺因其适用于中小型零件,且选用材料广泛,对其研究具有现实意义;为基于极坐标系的激光快速成型系统的研究提供了素材,特别是对于薄壁回转体零件具有较强的针对性;详实地讨论了基于极坐标的激光选区烧结系统的组成。其中包括:极坐标系快速成型系统的硬件结构和软件组成、快速成型系统图形处理、加工参数的工艺规划。 在论文中对激光变长线快速成型系统的成型原理进行论述,并结合变长线扫描的特点,对系统硬件的总体结构和软件组成及功能进行了全面研究和论述。 本文对激光快速成型系统的重要组成部分——图形处理软件的功能进行了全面分析,其中包括:实体模型的获取方法、CAD软件与快速成型设备的准接口标准——STL文件中的错误、叁维实体模型的图形显示和编辑,还进一步讨论了基于CAD模型的直接快速成型软件,即对AutoCAD软件的二次开发。 本文借鉴了有选择性激光烧结快速成型工艺中分层参数的选取对加工效率和加工质量的影响。提出了一种适合于激光变长线扫描成型的分层处理的算法,同时也引用了前人各种基于分层制造工艺自适应分层厚度的思想。 本文在激光变长线快速成型系统和激光点扫描快速成型系统扫描加工的数学模型的基础上,提出了极坐标激光选区烧结快速成型系统图形分区处理的数学模型。 建立了激光变长线快速成型系统中激光扫描线对加工材料作用机理模型,并对系统中激光能量与扫描线长的匹配方法进行了研究。 对影响点扫描和变长线扫描成型系统加工效率的各种因素进行了分析,并从理论上对两种系统的加工效率进行了比较。
姜凯译[5]2011年在《木塑复合材料选择性激光烧结实验与后处理研究》文中研究指明选择性激光烧结技术是快速原型方法中较为成熟的一种先进制造技术,集计算机控制、CAD/CAM、精密伺服驱动、激光技术、新材料技术于一身,因其原材料取材范围广、制造柔性高、加工过程无需支持等优点得到了广泛的关注。但原材料成本高,不可循环使用是制约激光烧结快速原型技术发展及推广的瓶颈。在综述了选择性激光烧结技术原材料发展现状及趋势的基础上,提出了以一种成本较低的木塑复合材料作为选择性激光烧结的成型材料,并且该材料是一种绿色环保、可降解、可循环使用的复合材料。本文针对选择性激光烧结技术进行材料设计,采用正交实验设计的方法,分析了木粉碱化、降粘剂等添加剂的相关作用,得到了一种新的可作为激光烧结原材料的木塑复合材料的成份配方。阐述了粉末烧结的成型机理,通过成型实验、强度测试以及利用扫描电镜进行微观观察,研究了预热温度、激光功率、扫描速度、扫描间距及分层厚度等不同工艺参数对于粉末烧结过程以及成型件性能的影响。得到一组适合于木塑复合材料选择性激光烧结的优化工艺参数。最后针对于成型件孔隙率较大、强度不高的缺点进行了相关后处理研究,选取了成本较低且应用较简单的石蜡作为后处理材料。分析了木塑复合材料渗蜡处理的作用机理,设计了合适的后处理工艺流程,分析了渗蜡后处理对于制件精度的影响。通过对后处理件进行性能测试并与处理前的原型件对比,得知经过后处理的原型件在机械性能及表面质量上有了大幅度提高。
巩磊[6]2007年在《基于RP/RE面颌修复技术及其加工工艺的研究》文中进行了进一步梳理快速成型(RP)技术和反求工程(RE)技术是近年来倍受学术界和制造业关注的一种先进成型制造技术。同时快速成型技术与医学CT技术的结合也给医学界带来了巨大的影响。功能性外科与功能性整复是目前国内外十分关注的课题和研究热点,颌面畸形及下颌骨缺损修复一直是口腔颌面外科领域的研究重点。本课题就是适应了这一发展潮流,综合应用快速成型技术、医学影像技术、计算机图形学知识和CAD技术等领域的最新成果,对于快速成型技术在临床医学应用中的一些关键技术问题提出了初步的解决方法。本文结合使用Mimics和MATLAB两种软件,通过实验的方法对其医学断层CT图像进行平滑滤波、形态学滤波、图像锐化和边缘提取等处理操作,并建立了一种新的基于医学骨骼CT图像处理方法的模型——CTMM图像处理模型。CTMM图像处理模型对有效分离骨骼和软组织有着较好的处理效果,使医学骨骼CT图像预处理和叁维重建的操作变的简单易掌握,大大减少了数据处理的工作量,方便了用户的使用,为今后处理医学骨骼CT图像提供了有益的借鉴。运用所建立的CTMM图像处理模型,借助于Mimics软件对经过处理好的图像实现其叁维重建,并生成可供快速成型设备识别的STL文件,最后应用快速成型技术,制造出相应修复体的树脂模型和粉末模型,为后续制作硅胶模以及可直接供手术使用的钛合金修复体提供了基础性工作。针对光固化和激光粉末烧结两种工艺在制造过程中出现的成型方向选取、翘曲变形和台阶效应等一些工艺问题进行总结分析,并相应的提出了一些有效的改进措施。介绍了光固化和激光粉末烧结成型工艺的具体操作及相关的参数设置,并分别使用了SLA和SLS两种方法制作出下颌骨的树脂模型和粉末模型,进而对这两种快速成型工艺进行了比较。
李志伟[7]2016年在《激光选区熔化快速成型设备结构设计》文中研究表明激光选区熔化(SLM,Selective Laser Melting)技术因具有成型性能优良、制件可直接使用的优点,已在金属加工领域得到推广应用,而新材料的SLM工艺研发将是其未来的重点方向。为满足陶瓷材料、复合材料等新材料SLM工艺研发的需求,本文立足于现有的金属材料SLM成形设备及成形经验,主要研究陶瓷材料、复合材料SLM成形设备开发所需关键技术,打破现有金属SLM设备难以有效成形上述新材料的技术局限。基于SLM快速成型的加工机理和装置运动要求,制定了实验设备的总体设计方案,将设备划分为控制系统、铺粉系统、氛围保护系统、激光扫描系统四个系统,重点论述了控制系统需要实现的功能和达到的精度。针对当前SLM设备送粉装置结构庞大、耗粉量巨大等不适于实验室研发的缺点,设计了基于料斗和撒粉转筒的送粉装置,使设备具有更紧凑的结构,实现粉末的定量供给,提高了实验粉末的利用率。为改善铺粉的致密度,提供更多的实验自由度,提出了以辊筒为主体的铺粉装置结构方案。首先建立起辊筒与粉末作用的力学和运动模型,据此指导设计的参数选择,随后建立起铺粉系统的叁维装配模型,并对结构进行动力学仿真,结合仿真结果验证设计方案。激光扫描系统中引入调焦装置,可以提供10mm的焦平面竖直移动空间,为面向新材料的工艺研究提供更多可能,依其功能指导结构设计,并对结构进行了稳定性仿真分析。为保证成型加工的环境,考虑氛围保护的具体方案,并通过对方案内流场的仿真分析,提出了优化改进。最后,利用现有的已装配设备,对比不同类型铺粉装置的工作效果,并探索分析了铺粉层厚和离焦距离两个重要参数对陶瓷成型形貌的影响,用以验证系统设备方案设计的合理性。
洪琴[8]2009年在《选择性激光烧结用新型复合尼龙粉末的研究》文中研究指明选择性激光烧结技术作为快速成型技术的一个重要组成部分已发展成为材料研究领域的研究热点,用该项技术制造出的原型件具有强度高、弹性好、耐疲劳等优点。目前对于尼龙粉末的选择性激光烧结研究比较成熟,由于纯尼龙粉末制备的零件存在许多问题,故而对于复合尼龙粉末的研究就应运而生。本论文正是在这样的研究背景下,为了开发一种烧结性能好的复合尼龙粉末而开展的。主要研究结论如下:通过实验发现铝粉的填充改善了烧结过程中存在的问题,铝粉含量越高,收缩越小,烧结件尺寸精度越好。填加适量铝粉可以提高烧结件的力学性能,拉伸强度、弯曲强度。实验得出铝粉的最佳填充量为40%。此时复合粉末的拉伸强度和弯曲强度分别达到40.1MPa和45.6MPa,延伸率为7.28%。最佳激光烧结工艺参数是激光功率10W,预热温度90℃,扫描速度1300 mm/s,铺粉厚度0.15mm。用最佳配比的粉末在最佳烧结工艺参数下制备了两种功能件,并对烧结件进行浸树脂后处理工艺,浸渗程度和效果良好,力学性能也得到很大提高,拉伸强度和弯曲强度分别达到55.2和54.6Mpa,延伸率为8.25%。可以用作塑料功能件使用。
王迪[9]2011年在《选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究》文中指出选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术是快速制造领域的重要发展方向,与传统机加工相比,具有可直接成型任意复杂形状金属零件的优势。但由于目前SLM的研究仍处于起步阶段,对其中涉及的粉末熔化成型特性、工艺控制与优化、悬垂结构成型优化及可控多孔结构成型工艺等有待深入探讨。本文选择不锈钢粉末作为SLM成型工艺研究对象,主要研究以下内容:(1) SLM成型设备优化。为了改善铺粉效果,针对不同的零件几何特征选用不同的铺粉装置,分别采用了预压紧粉末的刮板式铺粉装置和柔性齿弹性铺粉装置进行铺粉,其中预压紧粉末的刮板式铺粉装置适合于无支撑零件、横截面较小零件的精确成型,而柔性齿弹性铺粉装置适用于较少支撑量零件、较大横截面零件和精细零件的成型。为了将激光与金属粉末作用时产生的黑烟、汽化产物及时吹走,在透光镜单侧安装“侧向气嘴”,改善成型室内气流的流向。成型设备优化提高了SLM成型过程稳定性与安全性。(2)不锈钢粉末SLM成型特性的研究。本研究包括致密度、表面形貌、尺寸精度、微观组织和不同几何特征成型能力几个方面。为了分析成型件能量输入与致密度的关系,首先依据不同成型参数对能量输入的影响,推导出SLM成型过程中激光能量输入公式,探讨了SLM成型致密金属零件需要满足的能量条件,然后通过6因素5水平的正交实验及致密度测量,分析得出能量输入与致密度的关系:随着能量输入的增加,致密度曲线包括直线上升阶段、屈服阶段和不确定阶段。在不同的线能量输入条件下得到六种典型表面形貌:条虫状、过熔状、粒球状、砂散状、网结状与细线状。为了研究SLM成型件的尺寸精度,推算出实际加工层厚、理论层厚、粉末松装密度和成型件密度的关系公式,公式表明:加工层厚随着加工层数累积逐渐变厚,但其趋向一个固定值,且影响Z轴尺寸精度。显微组织分析表明,SLM成型不锈钢零件的微观组织主要由柱状晶与等轴晶组成,晶粒尺寸在0.3μm-1μm之间。为了验证SLM成型典型几何特征的能力,设计了包括薄板、尖角、复杂字体等特征几何体,并采用上述优化的工艺参数进行成型,除悬垂结构外,其它的几何特征成型效果良好。(3)对不锈钢粉末SLM成型中的单熔道成型、多熔道搭接和多层迭加成型,以及成型过程中的热量累积效应进行研究。针对单熔道成型研究,在不同能量输入条件下得到四种典型形态的熔道,及四种熔道形态的分布区域图,并分析出不同成型条件下的熔道宽度。针对熔道间不同搭接率对成型面的影响进行研究,分析表明不同种类的熔道需采用不同的搭接率,才能获得紧密搭接的成型面。为了减少熔道间搭接缺陷和应力累积,提高层间的结合强度,采用层间错开扫描与正交扫描相结合扫描策略。研究了热量累积效应在多熔道搭接和多层迭加成型中的影响,分析发现理想形态的熔道成型参数逐渐向形态分布区域图右下方偏移,通过简化热量累积模型,推算出多道搭接与多层迭加实验中热量累积值。通过上述的工艺实验,获得了致密的金属零件,经过力学性能测试,拉伸强度与硬度高于铸造件20-25%。(4)悬垂结构SLM成型工艺的研究。悬垂结构成型过程中容易出现翘曲变形和挂渣现象,使SLM成型件的局部形状精度、尺寸精度变差。为了提高SLM成型悬垂结构的质量,首先从理论上分析影响悬垂结构成型质量的因素和发生缺陷的原因。从工艺上研究成型参数对其成型的影响,分析发现:当倾斜角度和扫描速度变小,激光功率、扫描线长度和加工层数变大情况下,SLM成型悬垂结构容易翘曲变形。通过上述工艺实验,建立了激光功率、扫描速度与临界成型角度的相互关系,其中临界成型角度包括可靠成型角和最小成型角。根据加工参数与临界成型角度的关系,提出通过改变零件的空间位置摆放和控制局部参数的方法改善悬垂结构的成型质量,并成功成型了几个具有典型悬垂结构的零件。(5) SLM成型多孔结构零件的研究。多孔结构包括不可控多孔结构与可控多孔结构两种,重点探讨可控多孔结构零件的成型工艺。通过设计空间对称结构的单元孔,避免成型过程中挂渣量大而导致单元孔的堵塞,并计算出单元孔几何参数之间的相互关系,将该结构应用于可控多孔结构零件成型。通过调整成型过程中能量输入大小和单元孔的几何参数,减少成型过程中飞溅和粘粉缺陷。经过多次工艺优化,获得最小单元孔线框直径0.1-0.15mm、孔直径0.2-0.25mm、线框倾斜角度45°的可控多孔结构零件,满足了高孔隙率、小孔径与细线框的要求。
李玉霞[10]2016年在《选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用》文中认为《中国制造2025》明确提出“全面推行绿色制造”和实施“绿色制造工程”的战略部署。资源、环境、能耗的约束性挑战使得以降低资源消耗、缓解温室效应的“低碳制造”模式不断受到学术界和工业界广泛关注。选择性激光熔化增材制造是一种新兴的且最具发展潜力的3D打印技术,适用于直接熔化金属粉末成型,具有加工复杂异构机构部件、成型精度较高、致密度好等优点。然而,选择性激光熔化增材制造工艺的原材料制备成本高、加工过程耗时长、能源消耗量大,其工艺碳排放特性缺乏有效的研究方法。在国家自然科学基金项目“基于广义特性函数集的制造系统碳流动态模型及碳效率评估研究”(NO.51075415)的资助下,论文重点开展选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用研究,对工艺全生命周期碳排放模型、碳排放动态特性以及碳效率评价方法等进行详细分析与研究,以期为选择性激光熔化增材制造实施低碳制造评价提供理论支撑与方法指导。论文具体研究内容如下:首先,建立选择性激光熔化工艺全生命周期碳排放模型。基于产品全生命周期理论,结合选择性激光熔化增材制造工艺特征,建立其全生命周期碳排放模型;分析生命周期各阶段的碳排放进行量化方法;基于能量流、物料流、信息流建立选择性激光熔化工艺的功能模型,并从物料消耗和能量消耗两方面建立激光熔化工艺的碳排放理论数学模型,重点开展生命周期中制造阶段的碳排放量化分析。其次,提出增材制造碳排放动态特性及碳效率评价方法。基于增材制造系统输入输出特性实时耦合,建立增材制造系统碳排放动态特性模型;基于生态效率从生产能力、生产收益、资源利用情况综合评价增材制造碳排放性能,提出选择性激光熔化增材制造碳效率综合评价指标,并对评价指标间的相互影响及其参数动态关系进行分析。最后,基于碳效率评价指标,对选择性激光熔化增材制造可持续性进行分析。以常用机械标准零部件齿轮为例,建立以选择性激光熔化技术为代表的增材制造技术和以传统切削加工和粉末冶金技术为代表的传统机械加工技术的齿轮加工工艺方案;提出传统加工工艺碳排放分析方法;基于碳效率评价指标,进行对比分析。
参考文献：
[1]. 激光选区烧结快速成型技术中若干关键问题的研究[D]. 马涛. 江苏大学. 2003
[2]. SLS高分子粉料成型工艺参数及成型质量的比较研究[D]. 李小城. 内蒙古工业大学. 2007
[3]. 用于选择性激光烧结高分子材料的制备与成型研究[D]. 齐迪. 青岛科技大学. 2016
[4]. 基于极坐标的激光选择性烧结（SLS）快速成型系统的研究[D]. 黄嵘波. 武汉大学. 2005
[5]. 木塑复合材料选择性激光烧结实验与后处理研究[D]. 姜凯译. 东北林业大学. 2011
[6]. 基于RP/RE面颌修复技术及其加工工艺的研究[D]. 巩磊. 苏州大学. 2007
[7]. 激光选区熔化快速成型设备结构设计[D]. 李志伟. 南京理工大学. 2016
[8]. 选择性激光烧结用新型复合尼龙粉末的研究[D]. 洪琴. 中北大学. 2009
[9]. 选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究[D]. 王迪. 华南理工大学. 2011
[10]. 选择性激光熔化增材制造碳效率评估方法及应用[D]. 李玉霞. 重庆大学. 2016