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1、第18卷第6期机械研究与应用Vol18No62005年12月MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2005-12*激光选区烧结成型材料的研究和应用现状12曾锡琴,朱小蓉(1.江苏电大武进学院,江苏常州213161;2.江苏工业学院机械系,江苏常州213016)摘要:介绍激光快速成型的原理及SLS对材料性能的要求,概括激光选取烧结成形技术中各种材料的研究和应用现状,分析SLS技术产业化存在的问题及可能解决的途径。关键词:选择性激光烧结;材料;研究与应用中图分类号:TH14文献标识码:B文章编号:1007-4414(2005)06-0019
2、-03SLS(SelectiveLaserSintering)作为快速原型制造技术的致密度、成型腔温度场等有限元模拟及实际测量等,是目前国重要分支之一,是目前发展最快和应用最广的技术之一。它内使用最为广泛的一种成型材料。和SLA、LOM构成激光快速成型技术的核心。与其它快速成(3)工程塑料(ABS)ABS与聚苯乙烯同属热塑性材型技术相比,SLS以选材广泛、无需设计和制造复杂支撑可直料,其烧结成型性能与聚苯乙烯相近,只是烧结温度高20e接生产注塑模、电火花加工电极及可快速获得金属零件等功左右,但ABS成型件强度较高,所以在国内外广泛用于快速能性零件而受到越来越
3、广泛的重视。制造原型及功能件。1激光选区烧结成型技术(4)聚碳酸酯(PC)从文献资料看,对聚碳酸酯烧结成SLS所用的激光有2种:CO激光器和Nd:YAG激光器。型的研究比较成熟,其成型件强度高、表面质量好,脱模容易,2大部分金属对CO2激光器的反射率比对Nd:YAG激光器的反主要用于制造熔模铸造航空、医疗、汽车工业的金属零件用的射率大,不利于金属粉末对激光能量的吸收。在SLS系统中,消失模及制作各行业通用的塑料模,如DTM公司的DTM激光束对任何粉末颗粒的作用时间都非常短,大约为几毫秒Polycarbanate。但聚碳酸酯价格比聚苯乙烯昂贵。国内北航到几十毫
4、秒,所以目前SLS技术大多采用液相烧结,其材料一对聚碳酸酯(PC)进行研究,探讨其烧结工艺过程以提高成型[3]般由2种熔点相差明显的成分组成,高熔点成分称为结构材件精度。料,低熔点成分称为粘结剂。因此,从原则上讲所有受热能相(5)尼龙(PA)尼龙材料用SLS方法被制成功能零件。[4]互粘结的粉末材料或表面覆有热固(塑)性粘结剂的粉末都目前商业化广泛使用的有4种成分的材料:¹标准的DTM能用作SLS材料。尼龙(StandardNylon),被用来制作具有良好耐热性能和耐蚀2国内外主要SLS成型材料及其应用现状性的模型;ºDTM精细尼龙(DuraFormGF),
5、不仅具有与目前,SLS材料主要有塑料粉、蜡粉、尼龙、金属或陶瓷的DTM尼龙相同的性能,还提高了制件的尺寸精度、降低表面包衣粉(或与聚合物的混合物)等。粗糙度,能制造微小特征,适合概念型和测试型制造,但价格2.1有机材料高达188美元/kg;»DTM医用级的精细尼龙(FineNylon从理论上说,任何热塑性粉末均可采用SLS技术成型作MedicalGrade),能通过高温蒸压被蒸汽消毒5个循环;¼原TM为任何复杂形状的制件。常见的有:型复合材料(ProtoFormComposite),是DuraFormGF经玻璃(1)蜡粉,传统的熔模精铸用蜡(烷烃蜡、脂肪酸蜡
6、等),强化的一种改性材料,与未被强化的DTM尼龙相比,它具有蜡模强度较低,难以满足精细、复杂结构的铸件要求,且成型更好的加工性能,表面粗糙度Ra=4Lm~5Lm,尺寸公差0.精度差,所以DTM研制了低熔点高分子蜡的复合材料;华北25mm,且提高了耐热性和耐腐蚀性。工学院采用化学合成法,开发了以氧化聚乙烯为主要成分的同时,EOS公司的新尼龙粉末材料(PA3200GF,类似DTM[5]复合精铸蜡粉(PCP1),其成型件经过简单的后处理(清粉、涂的DuraFormGF)可产生高精度和很好的表面光洁度。[1]国内,华北工学院在自行研制的变长线扫描快速成型机液)即可达
7、到精铸蜡模的要求。(2)聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯受热后可熔化、粘结,冷上进行了主要成分为尼龙11(PA11)和有机玻璃(PMMA)的却后可以固化成型,且该材料吸湿率小,收缩率也较小,其成烧结试验,并在此基础上对有机材料激光烧结成型性能的影[6]型件浸树脂后可进一步提高强度,主要性能指标为拉伸强度响因素进行分析,建立烧结温度场的数学模型。15MPa、弯曲强度33MPa、冲击强度3MPa,可作为原型总的来说,SLS成型件强度不高限制了实际应用。件或功能件使用;也可用做消失模铸造用母模,生产金属铸2.2金属粉末件,但其缺点是必须采用高温燃烧法(>300e)进
8、行脱模处采用金属粉末进行快速成型是激光快速成型由原型
