激光3D打印用覆膜砂制备及成型工艺研究

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1、图书分类号TG242密级非密注1UDC_______________________________________________________________硕士学位论文激光3D打印用覆膜砂制备及成型工艺研究司晨指导教师（姓名、职称）党惊知教授申请学位级别工学硕士专业名称材料科学与工程论文提交日期2018年04月10日论文答辩日期2018年05月25日学位授予日期________年______月______日论文评阅人王红霞教授白培康教授答辩委员会主席王录才教授2018年05月25日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文激光

2、3D打印用覆膜砂制备及成型工艺研究摘要本文基于激光3D打印技术特殊的成形方式与工艺特点，针对激光烧结件初始强度低，在清粉、转移过程中的易断裂或缺损等问题，采用两种热塑性酚醛树脂PF-1904、PFR-1350按1:1比例混合作为粘结剂，对适用于激光3D打印技术的覆膜砂制备工艺以及选区激光烧结工艺做了较为系统地研究。采用70/140目水洗硅砂，经过一系列初步实验，确定了影响覆膜砂性能的主要工艺因素有原砂温度、酚醛树脂含量、加入固化剂时混料温度、加入固化剂后混砂时间等。通过正交试验对覆膜全过程进行分析和优化，结果表明，各工艺参数对覆膜砂性能的影响为：树

3、脂含量＞原砂温度＞加固化剂时混料温度＞加固化剂后混砂时间，获得了最佳覆膜工艺参数组合为：原砂温度180℃、树脂含量3wt.%，加入固化剂时混料温度110℃，加入固化剂后混砂35s，且常温抗拉强度达到3.6MPa，发气量18ml/g，完全能够达到铸造生产要求。此外，在达到技术指标以及强度符合使用要求的前提下，宝珠砂覆膜砂树脂含量仅为2wt.%，且发气量明显降低。与硅砂覆膜砂相比，宝珠砂覆膜砂烧结件的综合性能明显提高，尤其适用于成型复杂细薄零件的铸造用砂型（芯）。本文使用中北大学自主研制的SLS-500点扫描激光快速成型机，采用正交试验方法对覆膜砂选区

4、激光烧结成型工艺参数进行了系统地研究。通过正交试验的极差分析发现，烧结工艺参数对覆膜砂的烧结特性影响程度大小为:激光功率＞扫描距离＞扫描速度＞铺粉层厚，最佳的烧结覆膜砂工艺参数为:激光功率24w，扫描速度1400mm/s，扫描间距0.20mm，铺粉层厚度0.30mm。经实验验证，在此最佳烧结工艺参数下烧结试样的初始常温抗拉强度达到0.62MPa。对烧结件的后处理工艺进行试验研究发现，当保温温度220℃、保温时长15min时，烧结试样常温抗拉强度可以达到3.5MPa以上，能够满足铸造过程的使用要求。关键词：覆膜砂，选区激光烧结，正交试验，常温抗拉强度

5、，后固化处理中北大学学位论文StudyonthePreparationandMoldingProcessofCoatedSandforLaser3DPrintingAbstractBasedonthespecialformingmethodandprocesscharacteristicsoflaserprintingtechnology,thispaperusestwokindsofthermoplasticphenolicresins,PF-1904andPFR-1350mixedina1:1ratioasabinderforsolvingth

6、elowinitialstrengthoflasersinteredparts,andtheproblemssuchaseasytobreakordefectduringtheprocessofemovingpowdersandtransferring.Moresystematicresearcheshavebeenmadeonthemanufacturingprocessofresincoatedsandforlaserprintingtechnologyandtheselectivelasersinteringprocess.Withthewa

7、shedsilicasandof70/140meshandthroughexperiments,themainprocessfactorsaffectingtheperformanceoftheresincoatedsandaredeterminedasrawsandtemperature,phenolicresincontent,mixturetemperaturewhenaddingcuringagent,andmixingtimeafteraddingcuringagent.Thewholeprocessofcoatingsilicasand

8、isanalyzedandoptimizedbyorthogonaltest.Theresultshowsthatthei