2008年9月中国制造业信息化第37卷第17期 对SLS覆膜砂制件抗压强度的研究 李伟荣,伍晓宇1,梁雄2 (1.深圳大学机电与控制工程学院,广东深圳518060) (2.昆明大学电机系,云南昆明650118) 摘要:主要对覆膜砂的激光烧结快速成形进行了实验研究。系统分析了激光功率、扫描速度、扫 描间距、铺粉厚度对成形制件抗压强度的影响。最后得出了最佳成形工艺参数。实验结果对于 提高制件的抗压强度有指导意义 关键词:快速成形;覆膜砂;抗压强度;工艺参数 中图分类号:TP391;T6文献标识码:A文章编号:1672-1616(2008)17-0070-04 快速成形( Rapid Prototyping)技术是20世纪设备(J10-SLS-2525),如图1所示。该设备由 80年代中后期发展起来的一种基于材料累加法的机械系统、激光系统、控制系统和软件系统组成,其 原型制造技术。它采用软件离散-材料堆积的开放性能好,能够通过编程改变各种实验参数。激 原理实现零件的成形,简单地说,将零件的数字模光系统采用二氧化碳激光器,最大输出功率 型(如CAD模型)离散,成为可加工的离散面、离120W 散线和离散点,然后采用各种手段,将这些离散 的面线段和点堆积形成零件的整体形状。这种方 法步骤简单,制造速度比传统方法快得多2引。 选择性激光烧结成形(SLS)技术的成形受激 光与材料相互作用等条件的限制,比较难获得强 度、精度较高的烧结制件。国内外对成形切片算法 和成形系统已经做了许多研究,并取得了突破性的 进展,而且对影响SLS覆膜砂制件密度、抗拉强 度的工艺参数研究的文献也非常多,但对其抗压强 度的研究却非常少。烧结工艺参数对制件抗压强 度的影响比较大,因此要想获得较好的成形制件强 图1深圳大学快速成形设备 度,必须对这些工艺参数进行实验分析。本文对烧 结覆膜砂成形进行了大量的正交实验,研究工艺1.2实验材料 参数对激光烧结成形制件抗压强度的影响。为优 实验材料采用工业铸造用覆膜砂。它的比热 化选择性激光烧结工艺参数提供了参考依据和实较低,受热后砂粒外层包裹的树脂熔化、粘结。冷 验数据,对进一步提高烧结件的抗压强度具有重却后便固化成形 要的指导意义。 1.3实验对象 本次实验试件为一底面直径15mm高15mm 的棒体。受力面积为上表面面积S=176.6cm 1实验研究 1.4实验方案 1.1实验设备 制件的抗压强度受下列参数影响:激光作用参 实验设备采用深圳大学自主研发的快速成形数、粉末材料的特征参数、工艺参数。其中,激光作 收稿日期:2008-07-08 基金项目:深圳市科技局资助项目(QK00601) 作者简介:李伟荣(1983-),男,广东梅州人,深圳大学硕士研究生,主要研究方向为快速成形 201994-2009chinaAcademicJOumalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net对 SL S 覆膜砂制件抗压强度的研究 李伟荣1 ,伍晓宇1 ,梁 雄2 (1. 深圳大学 机电与控制工程学院 ,广东 深圳 518060) (2. 昆明大学 电机系 ,云南 昆明 650118) 摘要 :主要对覆膜砂的激光烧结快速成形进行了实验研究。系统分析了激光功率、扫描速度、扫 描间距、铺粉厚度对成形制件抗压强度的影响。最后得出了最佳成形工艺参数。实验结果对于 提高制件的抗压强度有指导意义。 关键词 :快速成形 ;覆膜砂 ;抗压强度 ;工艺参数 中图分类号 :TP391 ;TG66 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 1616( 2008) 17 - 0070 - 04 快速成形(Rapid Prototyping) 技术是 20 世纪 80 年代中后期发展起来的一种基于材料累加法的 原型制造技术[1 ] 。它采用软件离散 - 材料堆积的 原理实现零件的成形 , 简单地说 ,将零件的数字模 型(如 CAD 模型) 离散 , 成为可加工的离散面、离 散线和离散点 , 然后采用各种手段 , 将这些离散 的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。这种方 法步骤简单 ,制造速度比传统方法快得多[2 ,3 ] 。 选择性激光烧结成形 (SLS) 技术的成形受激 光与材料相互作用等条件的限制 ,比较难获得强 度、精度较高的烧结制件。国内外对成形切片算法 和成形系统已经做了许多研究 ,并取得了突破性的 进展[4 ] ,而且对影响 SLS 覆膜砂制件密度、抗拉强 度的工艺参数研究的文献也非常多 ,但对其抗压强 度的研究却非常少。烧结工艺参数对制件抗压强 度的影响比较大 ,因此要想获得较好的成形制件强 度 ,必须对这些工艺参数进行实验分析。本文对烧 结覆膜砂成形进行了大量的正交实验 , 研究工艺 参数对激光烧结成形制件抗压强度的影响。为优 化选择性激光烧结工艺参数提供了参考依据和实 验数据 , 对进一步提高烧结件的抗压强度具有重 要的指导意义。 1 实验研究 1. 1 实验设备 实验设备采用深圳大学自主研发的快速成形 设备(J10 - SLS - 2525) ,如图 1 所示。该设备由 机械系统、激光系统、控制系统和软件系统组成 ,其 开放性能好 ,能够通过编程改变各种实验参数。激 光系 统 采 用 二 氧 化 碳 激 光 器 , 最 大 输 出 功 率 120W。 图 1 深圳大学快速成形设备 1. 2 实验材料 实验材料采用工业铸造用覆膜砂。它的比热 较低 , 受热后砂粒外层包裹的树脂熔化、粘结。冷 却后便固化成形。 1. 3 实验对象 本次实验试件为一底面直径 15mm、高 15mm 的棒体。受力面积为上表面面积 S = 176. 6cm 2 。 1. 4 实验方案 制件的抗压强度受下列参数影响 :激光作用参 数、粉末材料的特征参数、工艺参数。其中 ,激光作 收稿日期 :2008 - 07 - 08 基金项目 :深圳市科技局资助项目(Q K200601) 作者简介 :李伟荣(1983 - ) ,男 ,广东梅州人 ,深圳大学硕士研究生 ,主要研究方向为快速成形。 70 2008 年 9 月 中国制造业信息化 第 37 卷 第 17 期