基于SLS技术的烧结件变形控制研究.pdf

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1、趁测与控制·机械研究与应用·基于SLS技术的烧结件变形控制研究潘建新，陈儒军(1．湖南科技职业学院，湖南长沙410004；2．长沙航空职业技术学院，湖南长沙410124)摘要：从理论模型方面进行论述，说明翘曲变形是移动的激光点热源对粉床的不均匀加热导致材料体系收缩不一致引起的；通过分析影响翘曲变形的几个重要因素，阐述了几种减小翘曲变形的措施。关键词：SIS；翘曲变形：控制中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1006—4414(2011)03—0172～03Study09thedeformationcontrolofsinteringworkpiecebasedOi

2、lSLStechnologyPanJian—xin．ChenRu—jun(1．Hunanscienceandtechnologyvocationalcollege，ChangshaHunan410004，China；2．Changshaaeronauticalvocationalandtechnicalcollege，ChangshaHunan410124，China)Abstract：Usingthetheorymodel，movinglaserdotofpowderheatsthebedunevenly，itCalleadsthematerialsystemcon—t

3、ractioninconsistent，whichcausesthewarpingdeformation．Byanalyzingseveralimportantfactorsinfluencingwarpingdeform—ation，me[18ure$reducingwarpingdeformationareintroduced．Keywords：SLS；warpingdeformation；control1引言3烧结件翘曲变形的机理利用选择性激光烧结(sis)技术对聚苯乙烯粉烧结件的翘曲变形现象始终是SLS工艺的一个末进行高温烧结，直接制造出功能件是SIS技术的一难题

4、，翘曲变形对成型精度影响最大，造成很大的尺个重要发展方向。具有广阔的应用前景。然而，烧结寸、形位误差，甚至导致无法加工，这种现象最根本的件的翘曲变形问题一直制约着SLS的发展。研究变原因是移动的激光点热源对粉床的不均衡加热，形的根本成因、解决方法及不同加工参数的选取对翘形成大的温度梯度，导致材料体系收缩的不一致。12曲变形产生的影响等问题，不仅对SIS技术有重要的，(r，z，w)=(1一R。)Io×exp[一一]意义，对其它RP技术也有一定的参考价值。z2烧结件翘曲变形测定(2)式中：r为距离光斑中心的距离；为垂直于粉床方向涉及的制件关键部分的变形率可通过图1分析。的深度

5、；为光斑特征半径；R。为粉床表面的反射；为消光系数。在SLS加工中，激光的能量可由式(2)计算，图线表现出高斯分布特点，如图2所示。图中是z=0处的光斑特征半径，它是高斯光束一个特征参量，称为光束的“光腰”。，图1试验用制件l／悬臂样件翘曲变形率C，定义为在垂直悬臂方向{、l＼的悬臂端长度的变化量与悬臂长度的比值，从顶2帕～角处测量，因为，此处的最小⋯。为了方便起见，该值用百分数表示：图2高斯光束激光能量分布c可以看出，沿着垂直于粉床方向(=轴方向)射人·项目：2010年湖南省科技厅科技计划项目(2010CK3034)；湖南省教育厅科学研究项目(10C0177)收稿日期：

6、201l—o4一O5作者简介：潘建新(1966-)，男，湖南长沙人，副教授，主要从事数控技术教学与研究方面的工作。·l72·趋测与控制·机械研究与应用·的激光，其能量是绕着轴对称分布的，并且激光束逐层变小，于是随着加工的进行制件的翘曲变形也就光斑中心(z轴与粉床的交点)的激光能量最强，由此逐渐减小。除了前一层的制约作用以外，当前层本身点向外扩散，粉床上的粉末所接受的能量呈螺旋线的的翘曲变形也是呈逐渐减小趋势的。这是由于随着方式递减。烧结的进行，制件内存储的能量逐渐增加，于是在烧因此，在光斑范围内，不同位置接受的激光能量结当前层时，前一层的温度也逐渐变高，这样当前层不同，并

7、且粉层的下部分获得的能量比上部分获得的上、下部分的温差逐渐变小，从而减小了烧结层不均能量要少得多，这种上、下部分获取能量的不均匀造匀收缩的趋势，翘曲变形减小。成了粉层上、下部分升温的不均匀，从而造成烧结层4引起制件产生翘曲变形的因素产生很大的温差，这就直接导致了烧结层上、下部分(1)粉末预热的影响在同样的激光参数下，预不均匀收缩的产生。热温度增加，粉末材料的导热性变好，有利于其流动收缩主要发生在成形的两个阶段：第一阶段扩散和润湿得到更好的层内和层间烧结，烧结深度和发生在烧结过程中，由于致密、相变、溶解、结晶等原烧结密度增加。对