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1、制造技术/工艺装备现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2015年第10期基于SLS近似连续梯度密度样件工艺研究何龙,董星涛,郑军,黄官强,洪张舟(浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室,杭州310014)摘要:为消除内置热源对烧结件密度的影响,制备近似连续梯度密度样件,建立了选择性激光烧结(SLS)相邻烧结层密度补偿的数学模型。通过对功率密度补偿系数的研究,修正离散化样件各个分层的设定功率,制备出了单一材质的近似连续梯度密度下颌骨简化模型样件。实验结果证明了所建立数学模型的可靠性。关键词:连续梯度密度;
2、数学模型;功率密度补偿系数;离散化中图分类号:TP391文献标志码:A文章编号:1671—3133(2015)10—0098—04Studyonthequasi-continuousgradientdensitypartsbasedonSLSHeLong,DongXingtao,ZhengJun,HuangGuanqiang,HongZhangzhou(KeyLaboratoryofE&M,MinistryofEducation&ZhejiangProvince,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014,China)
3、Abstract:Toeliminatetheeffectsoftheinternalheatsourceonsinteredpartsandpreparequasi-continuousgradientdensityparts,amathematicalmodeloftheadjacentsinteredlayerdensitycompensationbasedonSelectiveLaserSintering(SLS)ises-tablished.Thediscretestratifiedsampleofeachsettingpoweriscorrectedby
4、thestudyofthepowerdensitycompensationfactor,andthenthesinglematerialquasi-continuousgradientdensitypartsisproduced.Thefinalresultsshowthatreliabilityofthemath-ematicalmodel.Keywords:continuousgradientdensity;mathematicalmodel;thepowerdensitycompensationfactor;discretization艺,制备出了单一材0引言
5、质的近似连续梯度选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)是密度样件,这对SLS一种以高分子粉末为加工材料的增材制造技术,因其工程应用的推广和具有成型精度高、加工速度快,以及制造工艺与模型单一材质功能梯度几何形状无关等优点,从20世纪80年代发展至今已材料的制备具有一[1-2]图1模拟下颌骨简化模型三维图得到广泛应用。1984年日本著名学者提出功能梯定的指导意义。度材料的概念,该材料是一种在微观结构上呈梯度变1模型离散化[3-4]化的新型非均匀复合材料。目前国内外对功能梯度材料的研究主要集中在热应力和复合材料方SLS成型件密度受到预热温
6、度、扫描速度、激光功[5-6]面,但针对单一材质的功能梯度材料研究却很少。率和扫描间距等工艺参数的影响,而激光功率是决定[9]梯度密度材料作为功能梯度材料的一种,广泛存在于烧结件密度的主要因素。SLS制备工艺中要求同一自然界中,如人体骨骼由皮质骨和松质骨组成,为适零件只能设置固定的激光功率。为制得单一材质的应生物力学环境,松质骨骨组织致密度呈现梯度分梯度密度样件,首先要对下颌骨简化模型进行离散化布;在下颌骨中,解剖和微CT技术表明,骨小梁密度分层,再对各个分层设定不同的激光功率,进而得到[7]从前牙区到后牙区呈现梯度分布以适应咬合力。不同的烧结密度,制得梯度密度样件
7、。本文所采用的本文针对图1所示的尺寸为30mm×15mm×SLS成型机最小烧结层厚度能达到0.5mm,但在实际20mm部分下颌骨简化模型及其如图2所示的下颌骨烧结过程中由于系统误差,将模型离散化的最小分层[8]简化模型Z轴方向的密度分布情况,结合SLS工厚度设定为1mm。98何龙,等:基于SLS近似连续梯度密度样件工艺研究2015年第10期2建立SLS相邻层密度补偿的数学模型[10]王长志在烧结件密度实验中研究了内置热源对密度的影响规律。当两个功率不同的烧结件紧贴,相当于同一个烧结件分层时,高的设定功率分层会使低功率分层密度增大。而当两个烧结件间距大于8mm或烧
