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pa6粉末选区激光烧结能量累积效应与工艺优化

PA6粉末选区激光烧结能量累积效应与工艺优化

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作者：王朝付中国科学技术大学

学位级别：硕士

选区激光烧结逐行逐层的添加制造过程中,激光能量持续输入造成烧结区能量累积,影响高分子材料的制件性能。本文对pa6粉末烧结瞬态温度场进行建模与仿真,结合能反映样品热氧老化程度的黄蓝指数测量,对烧结过程中能量的变化进行分析,并通... 详细信息

选区激光烧结逐行逐层的添加制造过程中,激光能量持续输入造成烧结区能量累积,影响高分子材料的制件性能。本文对pa6粉末烧结瞬态温度场进行建模与仿真,结合能反映样品热氧老化程度的黄蓝指数测量,对烧结过程中能量的变化进行分析,并通过工艺优化减轻样品因能量过高引起的热氧老化,提高烧结质量。首先,对激光与粉末相互作用过程中能量的输入、转化与散失进行分析,建立烧结区能量变化与温度的定量关系,利用有限元法建立pa6粉末烧结温度场数值计算模型。其次,对单层逐行扫描、多层逐层添加过程中能量的变化进行计算,结果显示在输入能量较小与预热温度较低时能量累积相对明显;连续烧结20层时能量在10层以下累积较快,增幅为11.66%,10～20层仅增加0.67%;根据pa6热氧老化导致外观色度改变对实验样品表面黄蓝指数b*值进行了测量,4～20层烧结样品对应的黄蓝指数b*值由6.81增大到31.02,表明热氧老化程度随着层数的增多而显著增加。最后,对实验工艺条件与参数进行分析优化,进行单层烧结实验研究了不同工艺参数对烧结成型质量的影响,给出相对合理的面能量密度区间0.15～0.24 J/mm2;基于烧结区能量在层数增加过程中的累积,采用变工艺参数烧结逐级减小输入面能量密度,降低了烧结样品的热氧老化程度。本文对选区激光烧结过程中的能量累积变化进行了数值模拟与实验研究,得到了能量累积与相关工艺参数对烧结样品的影响,通过变参数烧结降低了样品的热氧老化从而提高烧结质量,为工艺优化提供了参考。

关键词：选区激光烧结 pa6粉末能量累积热氧老化变工艺参数

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选区激光烧结的分区扫描方法研究

选区激光烧结的分区扫描方法研究

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作者：关振民中国科学技术大学

学位级别：硕士

pa6粉末选区激光烧结是逐层烧结堆叠成形的增材制造过程,而每一个薄层烧结过程中的局部加热和快速冷却导致的不均匀温度场以及由此产生的应力和变形,对成形件质量有着直接影响。通过分区扫描方法,可以减小烧结区域尺度和扫描线长度,有... 详细信息

pa6粉末选区激光烧结是逐层烧结堆叠成形的增材制造过程,而每一个薄层烧结过程中的局部加热和快速冷却导致的不均匀温度场以及由此产生的应力和变形,对成形件质量有着直接影响。通过分区扫描方法,可以减小烧结区域尺度和扫描线长度,有利于减小温度梯度、烧结应力和变形,进而提高其成形质量。本文通过仿真和实验研究平面尺度对烧结件应力和变形的影响,以此为基础设计分区扫描算法和进行烧结实验,以提高烧结件的成形质量。主要工作如下:一、平面尺度与应力变形关系的仿真与实验研究。仿真结果表明,不同能量密度下,尺度由5mm增大至30mm时,应力最大增幅为20.5%～36.2%,变形量由0.11mm增大到2.95mm。同时,不同平面尺度的烧结实验结果显示,当正方形样品的尺度由5 mm增大到40 mm时,其变形量由0.14mm增大至3.06mm;而对于长宽比为1.5～2的矩形样品,扫描方式对其变形影响较小,而长宽比为1.5时变形与正方形样品接近,长宽比为2时则更大。综上所述,当样品尺度小于10mm和长宽比小于1.5时,应力和变形较小。二、以正方形网格为基础的分区算法。首先读取图形并构建轮廓环树,然后对其中的外轮廓环,生成初始网格进行区域划分,并通过求交运算获取各子区域轮廓,对较小或较大平面尺度的子区域进行合并或二次分区,最后按照顺序对子轮廓进行轮廓偏移和生成变间距行栅扫描线。三、分区扫描烧结实验。针对分区扫描的样品存在的区间交接问题,进行了不同能量密度下不同区间处理方式的烧结实验。结果表明,采取平行栅每行延长1/3L或先平行栅后轮廓扫描的样品具有更好的交界质量且层数增大时交界痕迹明显减轻。进行了多轮廓复合图形的分区烧结,实验显示了分区扫描对烧结应力和变形的改善效果。通过上述工作,减少了 pa6粉末烧结过程中产生的应力与变形,改善了分区扫描的区间交接问题,为进一步提高烧结件的成形质量提供参考。

关键词：选区激光烧结 pa6粉末分区扫描变形区间交接

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