基于选择性激光烧结的聚苯乙烯成型工艺研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于选择性激光烧结的聚苯乙烯成型工艺研究学科专业机械工程学号201521080160作者姓名吴晓勇指导教师曾志副教授分类号密级注1UDC学位论文基于选择性激光烧结的聚苯乙烯成型工艺研究（题名和副题名）吴晓勇（作者姓名）指导教师曾志副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械工程提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电

2、子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。StudyonOptimizationofMoldingProcessBasedonSelectiveLaserSinteringofPolystyreneAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MechanicalEngineeringAuthor:WuXiaoyongSupervisor:Assoc

3、iateProf.ZengZhiSchool:SchoolofMechanicalandElectricalEngineering摘要摘要聚苯乙烯（Polystyrene，PS）以其广泛的应用和良好的加工性能，成为了选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）的常用高分子聚合物材料。国内外对PS的烧结成型研究较多，但对其整个成型工艺及后处理的系统性研究较少，不同工艺设备和实验条件等也会导致成型差异大。本文致力于研究选择性激光烧结PS的成型工艺，通过实验和数值仿真完成成型工艺的优化，主要工作内容如下

4、：（1）通过文献调研和实验总结，将预热温度设置为85℃。利用正交试验对激光功率、扫描速度、铺粉层厚以及扫描间距进行实验分析，探讨了不同的成型工艺参数组合对制件尺寸、翘曲以及烧结密度的影响规律。实验结果表明，扫描速度和激光功率对制件长宽方向的尺寸影响较大；而制件厚度方向尺寸精度和翘曲则受铺粉层厚的影响较为显著；扫描速度和扫描间距对烧结密度的影响也较为明显。通过优化的工艺参数组合和设计尺寸的补偿，完成制件的优化处理。（2）利用ANSYS软件对PS成型过程进行数值模拟仿真。根据选择性激光烧结的工艺特点，运用APDL设计语言对成型路

5、径、激光功率等参数进行控制，完成激光烧结单层PS的温度场分析。通过改变模型尺寸，分析不同成型尺寸下温度场的变化情况。结合仿真分析结果和前期打印实验，对成型过程微观机理进行了分析研究；同时利用MOLDFLOW软件对相关模型进行了模流分析，比较不同工艺条件的成型特点。最后针对所用成型设备提出了改进方案。（3）后处理选择浸蜡和浸环氧树脂两种实验方案：1）通过对制件预热温度和浸蜡温度的相关实验，研究分析了预热温度和浸蜡温度对制件尺寸的影响规律。同时对制件进行了第二次浸蜡实验，研究分析制件在不同浸蜡温度下挂蜡层厚和表观质量的变化情况。

6、实验表明，蜡层温度随着浸蜡温度的上升而逐渐下降，可通过浸蜡温度的变化控制制件的挂蜡层厚；2）配置两种环氧树脂溶液体系，在每一种环氧体系下分别设置5组实验，将制件进行浸树脂的操作处理。实验表明，两种固化剂对打印制件的力学性能均有所提升，其中593固化剂对制件拉伸和弯曲性能的提升高于T31固化剂。本文完成了对选择性激光烧结PS的成型及后处理的相关研究。利用已有设备及优选工艺参数，完成PS制件的优化成型，通过后处理提升制件的力学性能。实验结果和方法为进一步的实验研究和实际应用提供理论基础和数据支撑。关键字：聚苯乙烯，选择性激光烧结

7、，正交试验，数值模拟，后处理IABSTRACTABSTRACTPolystyrenehasbecomeacommonlyusedpolymermaterialforSelectiveLaserSintering(SLS)duetoitswideapplicationandgoodprocessability.Manyinvestigationsonthesinteringmoldingofpolystyrenehavebeenconductedbydomesticandforeignresearchers.However,f

8、ewsystematicstudiesonthewholemoldingprocessandpost-treatmentwerecarriedout.Differentprocessequipmentandexperimentalconditionswouldalsoleadtogreat