影响sls快速成型精度因素的试验研究

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1、影响SLS快速成型精度因素的试验研究　　(1.包头职业技术学院，内蒙古包头014030；2.内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特010010)摘要：针对影响快速成型制件表面粗糙度和尺寸精度的工艺参数，设计并进行了三因素和三水平正交试验；以制件表面粗糙度和收缩为测量指标，利用方差分析方法，获得了聚苯乙烯材料激光选区烧结的各工艺参数的影响规律以及最佳工艺参数组合；为该快速成型系统生产出高质量的产品发挥了重要的作用。 　　关键词：激光选区烧结；表面粗糙度；尺寸精度 　　中图分类号：TF124文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)18—0077—03

2、 　　随着激光选区烧结(SelectiveLaserSintering，缩写SLS)快速成型技术应用的日益广泛，成型精度越来越成为困扰快速成型技术的关键问题。SLS成型工艺是一个涉及CAD/CAM、机械工程、材料特性、激光加工及后处理等多环节的集成制造过程［1］，任一个环节都会存在误差，这些误差严重影响了SLS成型件的精度。 1SLS成型过程中的误差来源 　　通过理论分析和试验认为对于固定特性的粉末材料，SLS成型过程中的误差来源于三个方面：模型数据处理误差、成型机系统的误差和成型工艺误差。 1.1模型数据处理误差 　　模型数据处理误差是在

3、CAD模型进行离散化的过程中，一些信息丢失造成的，包括模型误差和切片误差。模型误差包括CAD造型误差和由STL文件近似拟合三维曲面造成的误差。分层切片误差是由SLS的叠层制造原理造成的［2］。 　　模型数据处理误差的解决主要依赖于计算机软件的发展，如：①采用高质量的造型软件；②开发、完善STL格式文件缺陷的自动诊断和修复软件；③为减少或消除数据转换产生的误差，开发出能够直接从CAD模型获取成型机所能接受的轮廓信息的软件等等。 1.2成型机系统的误差 　　成型机系统的误差主要包括机械系统误差和扫描系统误差。机械系统误差是影响成型件精度的原始误差，

4、工作台的Z向运动精度直接影响单层厚度精度，铺粉滚筒的水平运动精度和逆转转速都会对成型件的形状、位置精度和表面粗糙度产生影响。 　　SLS快速成型系统采用三维振镜扫描动态聚焦系统，振镜在扫描过程中可能会发生偏移，导致在X-Y平面内的扫描误差。同时，由于激光束光斑直径的存在，在零件每一截面的边缘，存在着一个1/2光斑直径的增量，即存在零件的外轮廓尺寸增大、内轮廓尺寸减小的现象［3］。 1.3加工工艺误差 　　SLS成型的主要误差来源于加工工艺误差，造成加工工艺误差的因素较多，各因素对此误差的贡献也不同，同时各因素之间也相互关联，分析起来比较困难。通常

5、对误差的分析都是通过误差的具体表现形式如尺寸、表面粗糙度等进行分析，寻求减小误差的方法。 　　在SLS快速成型系统的工作过程中，有许多参数会影响原型件的成型精度，一般用户可以调整的设备参数有预热温度、分层厚度、激光功率、扫描方式、扫描速度、扫描线宽、工件相对于工作台面的成型角度等。有时即使对工艺参数施以较小的调整量也会对原型件质量产生很大的影响，工艺参数的组合设置也无现成规律可循。因此有必要对于给定的快速成型系统，优化它工艺过程的控制参数，合理调整加工参数组合，改善成型件的质量。 　　本文通过试验，综合分析了主要技术参数之间的相互作用原理，及其对原

6、型件的尺寸和表面粗糙度的影响规律，并且通过正交试验、方差分析和极差分析得出优化的参数组合。 2激光选区烧结试验设计 　　本试验采用XX隆源自动成型系统有限公司AFS－450型激光快速自动成型机。试验材料为SLS专用的聚苯乙烯(PS)基粉末(PSB、PSC)。该PS基粉末是无色无臭的透明性刚硬固体颗粒，在热塑性塑料中是最容易成型加工的品种之一。 2.1试验内容 　　2.1.1试验一：设计试样长宽高为25×15×10mm，当激光功率为40%×50Ｗ时，选取不同的工艺参数：分层厚度、制件摆放角度、激光扫描线宽，检测各工艺参数组合下烧结制件的表面光洁度情

7、况。本试验采用正交试验方案，三因素三水平，此试验共进行9组。 　　2.1.2试验二：设计5个激光烧结功率段：30%、35%、40%、45%、50%，3种试样：100×100×5mm、50×50×5mm、25×25×5mm，进行收缩性试验，检测在5个激光功率值时，制件尺寸精度情况。 2.2选区激光烧结试验一 　　2.2.1试验方案设计。为了寻求最佳工艺参数组 　　合，以较少的试验次数、较短的试验周期、较低的试验费用，迅速地得到正确的试验结果，试验中采用了正交试验设计方法，该方法适合于多因素、多指标、周期长的试验设计问题［4］。 　　2.2.1.1正交

8、试验表设计。要提高激光烧结制件的精度，合理地选择加工工艺参数非常重