選擇性激光燒結(jié)中工藝參數(shù)對成型質(zhì)量的影響_圖文

1、務(wù)l注止匐動地選擇性激光燒結(jié)中工藝參數(shù)對成型質(zhì)量的影響 譚月梅.胡慶夕,周克平,吳懋亮f上海太學t海±大镕99200436摘要;車文利用選擇性馓光燒結(jié)技術(shù)進行燒結(jié)試驗,研究T激光功率,掃描速度、掃描問距、單層厚m。The Influence ofTechnical Parameters on Molding Quality in Selective Laser SinteringTAN Yuemei,HU qing-xi,ZHOU keping,WU mao-liang(sh¨曲aluve6峨Sh”ghal,200436,chinaAbstract=This article

2、 desc ribes simering exoer】meby elec【lve Cuer sinteringtechnologywhile studyingthe influence oflpower,Scning speed￥c aT】ning space singlelllickness onmolding quality tt h built the optical technicself sin【cring materlaJ Io establish the bof making bionics bonewith porousKeywords:seectiveIcr sinterin

3、g,technical p,sintenng quality0引言選擇性撤光燒結(jié)(Selective La serSintering,SLS是已經(jīng)商業(yè)化的快速成型(RP,RapidPrototyping方法之一。選擇陛激光燒結(jié)采用高分于材料,用磷酸鹽玻璃復合材料作為粘結(jié)荊,成型過程中粘結(jié)劑將受熱融化并將粉末材料粘結(jié)成型”。成型質(zhì)量是Eh材料特性、設(shè)備參數(shù)和所選擇的t藝參數(shù)次定的。工藝參數(shù)可以根據(jù)實際的成型要r藝參數(shù)口】.這些工藝參數(shù)主要包括激光功率、掃描速度、掃描間距以及單層厚度等。整個燒結(jié)試驗在HRPS.111激光粉末燒結(jié)系統(tǒng)上進行。組織工程學的拄展對快速成型技術(shù)提出了新的要求,本文通過試驗

4、探索了用上藝方法生成骨組織支架的新方法。l激光功率對成形質(zhì)量的影響不同馓光功率F成型樣件橫截面的掃描電鏡(SEM照片如圖I所示,加工參數(shù)為:掃描速度2000mm/s,掃描問距0Imm,單層厚度0I 5mm收蕞日期2004-05-08基盒項目:上坶市基礎(chǔ)重點基金項目(02Jcl4033;±海市教委重點基盤項目(03AZ0.作者簡介譚月梅,上海大學先進制造方向在讀博±生.第26卷增刊200409【”】務(wù)l泣拈訇動似(撇光功率A;75B_10H c_15WD:20圈l激光功率對成型質(zhì)量的囂響在圖l中,A組試驗中,由于激光功率太小, 粘結(jié)劑沒有全部熔化,顆粒與顆粒之間結(jié)合不緊密,

5、樣件強度較低'燒結(jié)質(zhì)量差.B組試驗中盥著激光 功率增大,顆粒與顆粒之間的結(jié)合力增強.=部分顆 粒己經(jīng)粘結(jié)在一起,但仍存在大量孔隙旋結(jié)質(zhì)量較 差:C組試驗中,單層的燒結(jié)質(zhì)量有了明顯提高,己 經(jīng)成為一個連續(xù)體.樣件強度較高.燒結(jié)質(zhì)量較好; D組試驗中.樣件的斷面燒結(jié)為一個整體.除少數(shù)在 燒結(jié)中產(chǎn)生的收縮孔外。整個樣件燒結(jié)均勻、致密, 強度高,燒結(jié)質(zhì)量最好。樣件的燒結(jié)質(zhì)量可由燒結(jié)后的密度來衡量, 試驗中各組樣件的密度(單位:ke/m3分別為: A:42753.B:55652.C;85795.D 1050試驗D的燒結(jié)密度最大.燒結(jié)質(zhì)量最好.這與 掃描電鏡照片分析的結(jié)果相吻合。燒結(jié)密度與激光 功

6、率的關(guān)系如圖2所示。從圖中可咀看出,當激光 功率增大時,燒結(jié)密度隨之增大。其他工藝參數(shù)不 變.激光功率為20W時燒結(jié)質(zhì)量較好。【34】第26卷增刊200409/T 5lo 1520自￥(w圖2燒結(jié)密度與撒光功率關(guān)系2掃描速度對燒結(jié)質(zhì)量的影響 不同掃描速度下樣件的橫截面掃描電鏡照片 如圖3所示.加工參數(shù)為激光功率10W,掃描 間距0lmm,單層厚度05ram。卑、l生止訇矽,rb(翹m速度A:20eram/s,B:400mrrds.C:800rraals,D:2000mm/s圈3掃描速度對成型質(zhì)量的影響在圖3中.A組商驗中,由于掃描速度太小,燒結(jié)時單位面積上吸收的能量大,粉末燒結(jié)充分,表而役有收

7、縮氣孔,強度高:B組試驗中,南于掃界限.存在大量的孔隙.但單層燒結(jié)致密:D蛆試收的能量減少樣什表面質(zhì)量和強度較差。燒結(jié)密度與掃描速度的關(guān)系如圖4所示a由圈中可虬看出,燒結(jié)密度隨掃描速度的增加而F降,當掃描速度為400rends時.撓結(jié)質(zhì)量最好,樣件最致密.但存在過燒現(xiàn)象;當掃描速度超過人量孔洞。在其他工藝參數(shù)不變的情況下,掃描謎度為400mm/s時燒結(jié)質(zhì)量較好。m 掃描速度(m/s圈4燒結(jié)密度%掃描建度的關(guān)系3掃描間距對燒結(jié)質(zhì)量的影響 不同掃描間距下樣件的橫截面掃描電鏡jc【片 如圖5所示,加工參數(shù)為激光功率lOW一掃描速 度2000mrnls,單層厚度0.15ram。f掃描間mA:005m扎

8、B:O Imm.C:015mm rD:02mm 閏5掃描間4對&型質(zhì)量的囂響在圖5中,A組試驗中.燒結(jié)后的樣件表匝 致密.樣件強度高:B組試驗中.撒光光斑直徑 與掃描間距相等樣件強度較高,表面質(zhì)量較好;c 第26卷增刊200409【35l務(wù)l泣出匐動,tb 組試驗中,由于掃描間距大于激光光斑直徑,相質(zhì)量較籌:D蛆試驗中.樣件表面有二I;=量孔洞.組織極不均勻,樣件的強度和表面質(zhì)量很差。可以計算出各樣件的密度(kB,m3:A:74388.B:50284,C45234.D3933。A組燒;質(zhì)量最好,D組燒結(jié)質(zhì)量最差,這與上述分析的結(jié)果一致。由于激光光斑直徑為0】所以掃描間距一般設(shè)為0lmm

9、。4單層厚度對成型質(zhì)量的影響 不同單層厚度下樣件的橫截面掃描電鏡照片 如圖6所示.加工參數(shù)為激光功率10W,掃描速 度2000rands,掃描間距0Imm?！?6】第26卷增刊200409(單層厚度A:0075mm.B:01mm,C:015ram,D:02mml 圈6單層厚度對成型質(zhì)量的髟響在圖6中.A組試驗中,單層厚度較小,上下 相鄰兩層燒結(jié)致密.強度和表面質(zhì)量好:B組試驗 中,相鄰兩層燒結(jié)比較致密.樣件內(nèi)部孔有增大的 趨勢.強度和表面質(zhì)量較好:C組試驗中,由于單 層厚度為0l 5ram,激光功率不足以完全熔透整層 扮束.樣件的表面質(zhì)量較差;D組試驗中.由于厚 度繼續(xù)增大,上下兩層之間出現(xiàn)斷

10、層,樣件強度大 為降低。從零件制造的角度看,單層厚度不能太小;由 于設(shè)備性能的約束,單層厚度也不能太大。經(jīng)試驗 驗證.單層厚度一般設(shè)為0】5ram。5結(jié)論在SLS成型中.工藝參數(shù)的選擇對于零件的成 型質(zhì)量有著決定性的影響.試驗研究了激光功率、 掃描速度、掃描間距、單層厚度等工藝參數(shù)對成掣 質(zhì)量的影響.井通過對掃描電鏡I!【片的分析,獲得 了不同的工藝參數(shù)對成型質(zhì)量的影響規(guī)律,并得出 了該種材料的最佳工藝參數(shù),為生產(chǎn)和科研提供了 新的選擇依據(jù)。參考文蘸:何天自.胡漢杰功能高分予與新技術(shù)2000:97-100【2j史i升,黃樹槐,檣傳友選擇性激光燒鮚I藝參熬鋰能 優(yōu)化方法研究機槭科學與技術(shù),2003,22(2:259264 P】薅永華,殷國盲快速原型制造技術(shù)的集成應(yīng)用方法機 械與電子,1998(59一1214】4NRHarIm.R.Rcycs、DL Bourcll,J.