应用研究·李伟荣伍晓宇梁雄对SLS覆膜砂制件抗压强度的硏究 用参数包括激光功率、激光東扫描速度等;粉末材数在实验中出现3次。 料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率、粉 根据不同参数正交组合成了9组实验数据,不 末熔点、比热容、颗粒尺寸及分布、颗粒形态及铺粉同的实验参数烧结出的实验制件如图2所示 密度等;工艺参数包括扫描间距、铺粉厚度等。影 响制件抗压强度的参数众多,从实验研究角度考 虑,必须进行简化 通过调节工艺参数:激光功率、激光扫描速度、 34右 激光扫描间距、铺粉厚度,测试在不同工艺参数组 图2实验制件 合情况下制件的抗压强度。为了确定激光功率范 抗压设备采用的是新三思材料检测有限公司 围,必须做前期实验,实验结果见表1。 的拉压实验机,如图3所示。它能在PC机上得出 表1确定激光功率前期实验结果 制件的断裂压力,并能把制件在抗压实验过程中的 激光功率 实验现象描述 受力图显示出来,很方便地观察制件的受力断裂过 小于15W 不能使覆膜砂熔化成形 程 15W-20W能烧结成形,但是零件取出失败,强度不够 30W~35W零件过烧发黑,烧结层发生翘曲变形,取出困难 大于30W 不能成形,烧结层断裂 如果扫描速度低于10mm/s,过于缓慢,成形 时间过长。如高于30mm/s,速度过快,对机器的 机械部分冲击较大 铺粉厚度是指零件每一层的成形厚度。通过 前期实验可获得能成形的铺粉厚度的数据介于 0.1mm~0.5mm之间。铺粉厚度太大,层与层之 间不能很好地烧结粘结在一起;铺粉厚度太小,则 会使层与层之间完全烧透烧断。 图3拉压实验设备 本实验所采用的120W二氧化碳激光器的光 设抗压强度为p,制件的断裂压力为F,制件 斑直径为0.4mm,扫描间距不能超过其光斑直径 表面的受力面积为S,则可以通过p=F/S得到 当扫描间距超过0.4mm以后,扫描线彼此分离,其零件的抗压强度。实验结果见表3 相邻区域总的激光能量小于粉末烧结所需要的能 表3正交实验方案及结果描述 量,不能使相邻区域的粉末烧结成形。 实验激光功扫描速,扫描间铺粉厚最大压最大抗 根据上面分析确定了实验参数的大致范围:激 编号率/W度/(mm,距mm度/mm力N压强度 光功率(20W~30W);扫描间距(0.1mm 11(20)1(10)1(0.2)10.2)1750.9929 0.4mm);铺粉厚度(0.1mm~0.5mm);扫描速度 21(20)2(15)2(0.1)2(0.3)2071.1745 (10mm/s≈30mm/s) 31(20)3(20)3(0.3)300.4)1760.9986 下面根据激光功率、扫描速度、扫描间距和铺 42(25)1(10)2(0.1)3(0.4)3391.9234 粉厚度参数的不同设计正交成形实验方案,实验参 52(25)2(15)3(0.3)1(0. 3592.0369 数见表2 62(25)3(20)1(0.2)2(0.3)4072.30 表2实验参数 73(30)1(10)3(0.3)300.4)3151.7872 水平编号激光功率扫描速度扫描间距铺粉厚度 /W /(mm s)/mm /mm 83(30)2(15)1(0.1)2(0.2)3401.929 93(30)3(20)2(0.2)200.3)3131.7759 123 050 0.2 从实验结果可以看出,抗压强度最好的是实验 编号为6的制件,其抗压实验受力图如图4所示 正交实验方案一共有9组实验,每个相同的参抗压强度最差的是实验编号为1的制件 c192000m0d00ssd用参数包括激光功率、激光束扫描速度等 ;粉末材 料的特征参数则包括粉末材料对激光的吸收率、粉 末熔点、比热容、颗粒尺寸及分布、颗粒形态及铺粉 密度等 ;工艺参数包括扫描间距、铺粉厚度等。影 响制件抗压强度的参数众多 ,从实验研究角度考 虑 ,必须进行简化[4 ] 。 通过调节工艺参数 :激光功率、激光扫描速度、 激光扫描间距、铺粉厚度 ,测试在不同工艺参数组 合情况下制件的抗压强度。为了确定激光功率范 围 ,必须做前期实验 ,实验结果见表 1。 表 1 确定激光功率前期实验结果 激光功率 实验现象描述 小于 15W 不能使覆膜砂熔化成形 15W～20W 能烧结成形 ,但是零件取出失败 ,强度不够 20W～30W 能烧结成形 ,能完整取出零件 30W～35W 零件过烧发黑 ,烧结层发生翘曲变形 ,取出困难 大于 30W 不能成形 ,烧结层断裂 如果扫描速度低于 10mm/ s ,过于缓慢 ,成形 时间过长。如高于 30mm/ s ,速度过快 ,对机器的 机械部分冲击较大。 铺粉厚度是指零件每一层的成形厚度。通过 前期实验可获得能成形的铺粉厚度的数据介于 011mm～0. 5mm 之间。铺粉厚度太大 ,层与层之 间不能很好地烧结粘结在一起 ;铺粉厚度太小 ,则 会使层与层之间完全烧透烧断。 本实验所采用的 120W 二氧化碳激光器的光 斑直径为 0. 4mm ,扫描间距不能超过其光斑直径。 当扫描间距超过 0. 4mm 以后 ,扫描线彼此分离 ,其 相邻区域总的激光能量小于粉末烧结所需要的能 量 ,不能使相邻区域的粉末烧结成形。 根据上面分析确定了实验参数的大致范围 :激 光功 率 ( 20W ～ 30W) ; 扫 描 间 距 ( 0. 1mm ～ 014mm) ;铺粉厚度 (0. 1mm～0. 5mm) ;扫描速度 (10mm/ s～30mm/ s) 。。 下面根据激光功率、扫描速度、扫描间距和铺 粉厚度参数的不同设计正交成形实验方案 ,实验参 数见表 2。 表 2 实验参数 水平编号 激光功率 / W 扫描速度 / (mm·s - 1 ) 扫描间距 / mm 铺粉厚度 / mm 1 20 10 0. 1 0. 2 2 25 15 0. 2 0. 3 3 30 20 0. 3 0. 4 正交实验方案一共有 9 组实验 ,每个相同的参 数在实验中出现 3 次。 根据不同参数正交组合成了 9 组实验数据 ,不 同的实验参数烧结出的实验制件如图 2 所示。 图 2 实验制件 抗压设备采用的是新三思材料检测有限公司 的拉压实验机 ,如图 3 所示。它能在 PC 机上得出 制件的断裂压力 ,并能把制件在抗压实验过程中的 受力图显示出来 ,很方便地观察制件的受力断裂过 程。 图 3 拉压实验设备 设抗压强度为 p ,制件的断裂压力为 F ,制件 表面的受力面积为 S ,则可以通过 p = F/ S 得到 零件的抗压强度。实验结果见表 3。 表 3 正交实验方案及结果描述 实验 编号 激光功 率/ W 扫描速 度/ (mm· s - 1 ) 扫描间 距/ mm 铺粉厚 度/ mm 最大压 力/ N 最大抗 压强度 / MPa 1 1 (20) 1 (10) 1 (0. 2) 1 (0. 2) 175 0. 992 9 2 1 (20) 2 (15) 2 (0. 1) 2 (0. 3) 207 1. 174 5 3 1 (20) 3 (20) 3 (0. 3) 3 (0. 4) 176 0. 998 6 4 2 (25) 1 (10) 2 (0. 1) 3 (0. 4) 339 1. 923 4 5 2 (25) 2 (15) 3 (0. 3) 1 (0. 2) 359 2. 036 9 6 2 (25) 3 (20) 1 (0. 2) 2 (0. 3) 407 2. 309 2 7 3 (30) 1 (10) 3 (0. 3) 3 (0. 4) 315 1. 787 2 8 3 (30) 2 (15) 1 (0. 1) 2 (0. 2) 340 1. 929 1 9 3 (30) 3 (20) 2 (0. 2) 2 (0. 3) 313 1. 775 9 从实验结果可以看出 ,抗压强度最好的是实验 编号为 6 的制件 ,其抗压实验受力图如图 4 所示 , 抗压强度最差的是实验编号为 1 的制件。 ·应用研究· 李伟荣 伍晓宇 梁 雄 对 SLS 覆膜砂制件抗压强度的研究 71