【正文】 通過對經后處理的原型件的強度、發(fā)氣性、潰散性的實驗分析，證明采用上述最佳燒結及后處理工藝獲得的原型件滿足實際生產 要求。對于因已成 型部分的移動所造成的誤差，可以從工藝上解決，或者采取補償的辦法， 從工藝上可以將零件中具有較大的成型平面放到最底層，大平面的移動阻力大 則 向下的移動量會更小。降低收縮率還有利于減少 成型翹曲，通過適當的補償來提高成型件的平面精度，也可減少誤差。 圖 制件 1 的不同方向尺寸誤差 減少成型收縮引起的誤差的方法：收縮引起的誤差是許多快速成型技術中最大的誤差源，所以減小成型收縮對于減小成型誤差是最重要的途徑。同時也可看出，在同一激光功率下，制件的尺寸越大其尺寸誤差越向負誤差方 向增 大?？疾旒す夤β屎统叽绱笮χ萍叽缇鹊挠绊懬闆r，再根據尺寸精度的變化情況找出修正系數 ［ 30］ 。因此，改進材料配方 、開發(fā)低收縮率、高強度的成型材料是提高成型精度的根本途徑。用這種方式時，當遇到孔洞的層面時，還不可避免的會用到很多延時，這同樣會出現以上提到的設置延時參數的問題，而且在分區(qū)交界處中北大學 2020 屆畢業(yè) 論文 第 27 頁 共 37 頁 還會有粘結不緊密的問題。隨著加熱溫度的提高，粉末材料導熱性能變好，同時低熔點有機成分液相數增加，有利于其流動擴散和潤濕，可以得到更好的層內燒結和層間燒結，使燒結深度和密度增加，從而提高成型質量。 圖 切片引起的誤差 成型工藝參數對制件精度的影響 1）激光功率和掃描速度的影響 激光功率和掃描速度反映了激光作用于粉 末的能量大小和時間長短。 假設模型的底面為 0 面，頂面為 1 面， h 為切片厚度，α為斜面與水平面的交角。模型的誤差大小如果用一次曲面和更高次曲面模型去表示實體，精度肯定能得到提高，但是，通過這種方法的精度提高量是否有意義，要看 STL 模型和一次模型表達實體所產生的誤差到底有多大的差別。 圖 制件精度影響因素示意圖 設備誤差 設備誤差主要是由于制造設備的運動部件的誤差和設備工作部分的變形等原因引起的誤差。 3）小結 通過優(yōu)選 工藝條件下對潰散率大小的測 定，我們得出：在 600～ 700℃ 的溫度區(qū)間內，砂芯的潰散性能較佳。潰散性能的好壞可以用潰散率來衡量，它是由砂芯燒結后的殘留強度來決定的。 2）試驗結果與分析 在 t=180s 的條件下，改變后處理時間得到的覆膜砂試件的發(fā)氣量值 及發(fā)氣量隨后處理溫度的變化規(guī)律分別如下表 和圖 所示。 2）試驗結果與 分析 在 t=180s 的條件下，改變后處理溫度得到的覆膜砂試件的發(fā)氣量值及發(fā)氣量隨后處理溫度的變化規(guī)律分別如下表 2. 6 和圖 2. 8 所示。 （ b）放大 300 倍 圖 經后處理炭化后制件斷口微觀形貌圖 圖 經后處理的鑄造用選擇性激光燒結覆膜砂件 后處理溫度對覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響 發(fā)氣性能也是覆膜砂性能的一個重要性能指標。 3）顯微組織分析 為了進一步了解覆膜砂成型件后處理過后的內部結構性能， 所以對其燒結成型件進行掃描電鏡分析可以為后處理參數的合理確定提供 有利依據。同時，鑒于保溫 20min 條件下 對后處理溫度較為敏感，在生產中應對固化溫度加以嚴格控制。溫度升至 180℃ 左右，六亞甲基四胺（烏 洛托品）與樹脂中的殘留水分反應生成甲醛和氨氣，生成的甲醛能和線性酚醛樹脂進一步反應，首先在酚醛樹脂分子鏈上若干苯酚羥基的對位處生成羥甲基，而后，此酚羥甲基再與其它酚醛樹脂苯酚核的對位或鄰位的活性氫原子縮合，生成亞甲基－ CH2－，使樹脂由熱塑性變成熱固性，從而具有一定的強度。而固化溫度對抗拉強度的大小有很大的影響，一般說來，加熱溫度高，加熱時間可以縮短，有利于提高生產效率，但溫 度過高則制件表面易燒焦，而內部和局部厚大的部位卻沒有熟透，造成制件強度低、發(fā)氣量大；而加熱溫度過低時，則加熱時間較長，生產效率低下，而且同樣會造成內部和局部厚大部位的樹脂不能完全固化，導致制件強度低、發(fā)氣量大 ［ 23］ 。 后處理試驗 影響覆膜砂常溫抗拉強度的工藝因素有兩個：后處理溫度和后處理時間 。 3）后處理溫度對覆膜砂試件發(fā)氣性能的影響試驗 中北大學 2020 屆畢業(yè) 論文 第 9 頁 共 37 頁 試驗方法：將步驟 1 中保溫 20min 試驗后得到的“ 8”字試樣斷塊按工藝條件進行編號，然后沿斷面處將其摩擦成細小顆粒狀進行取樣，稱取 1? 試樣放入小瓷舟中，并將小瓷舟迅速送入預先預熱到 850℃的 SFD 型發(fā)氣性測定儀，經過3min 可以從記錄紙上自接讀出發(fā)氣量的大小，重復以上操作，根據編號我們就可以分別得出固化溫度為 200℃， 210℃， 220℃， 230℃， 240℃， 250℃下相應“ 8”字試樣的發(fā)氣量。并結合鑄造實驗分析影響覆膜砂燒結成型件精度的因素及其它性能 的 考核。但用 SLS 法也有它的局限性。 采用覆膜砂作為燒結材料，選擇性激光燒結（ SLS）快速成型技術直接形成鑄造用型（芯），開創(chuàng)了不用模型、不用芯 盒直接制造砂型（芯）的先河，使用此方法可在數小時至數十小時內將 CAD 數據模型轉化成可澆注各類金屬鑄件的型（芯），給鑄造業(yè)帶來了現代化的新氣息 ［ 20］ 。其工藝過程是將粉狀的熱固性酚醛樹脂與原砂機械混合，加熱時固化。預熱之后，在控制系統(tǒng)的控制下，激光束以一定的掃描速度和功率在鋪好的粉層上掃描，被激光掃描過的區(qū)域內，粉末燒結成具有一定厚度的實體結構，未掃過的地方仍然是松散的粉末，這樣得到零件的第一層。 選擇性激光燒結工藝過程 SLS 工藝的基本思想是基于離散－堆積成型的制造方式，實現從三維 CAD 模型到實體零件的轉變。 RP 技術在產品開發(fā)中的關鍵作用和重要意義在實際應用中得到了很好的印證，不受形狀或結構復雜程度的限制，可以迅速地將示于計算機屏幕上的設計變?yōu)榭蛇M一步評估的實物。模具原型要求材料適應特定模具的制造要求，如對于消失模鑄造用原型，要求材料易于去除。粘結則是指將粉末采用粘結劑粘結。 1）光固化成型（ Stereo Lithography Apparatus， SLA） 光固化成型的原理是：將激光聚焦到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表 面、令其有規(guī)律地固化，由點到線到面 完成一個層面的建造，而后升降平臺移動一個 層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個層面，由此層層疊 加成為一個三維實體。 RP 技術將復雜的三維加工技術分解成簡單的二維加工的組合，制造工藝大大簡化。由于 RP 技術的成型原理突破了傳統(tǒng)加工中的塑性成形（如鍛、沖、拉伸、鑄、注塑加工等）和切削成形的工藝方法，可以在沒有工裝夾具或模具的條件下，迅速制造出任意復雜形狀又具有一定功能的三維實體原型或零件，因此被認為是近二十年來制造技術領域的一次重大突破 ［ 5］ 。 當前，制造業(yè)呈現如下發(fā)展趨勢 ［ 3］ ： 1）生產、經營及市場全球化； 2）顧客需求個性化、多樣化； 3）產品生命周期縮短，更新換代加速化； 4）產品高科技化； 5）市場競爭激烈化。它是一種基于離散堆積成型的數字化制造技術，集激光技術、計算機輔助設計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機數控技術（ CNC）、精密檢測技術、精密 機械、精密伺服驅動和新材料技術等先進技術于一體的綜合高新技術。 2）技術推動 新技術的發(fā)展為快速成型技術的產生奠定了技術基礎。這項技術尤其適于新產品的開發(fā)，適合小批量 、復雜（如凹槽、凸肩和空心、嵌套等）、異形產品的直接生產而不受產品形狀復雜程度的限制。 RP 技術屬于環(huán)保型技術，能源和原材料的利用率高，從理論上講，原料利用率可達 100%，而且產生的噪音小，環(huán)境污染少。這里所說的箔材可以是涂覆紙（涂有粘結劑覆層的紙），涂覆陶瓷箔、金屬箔或其它材質基的箔材。 2） 用于功能測試的原型。 目前，快速成型技術在模具、家用電器、汽車、航空航天、軍工制造、材料工程、玩具、輕工產品、工業(yè)造型、建筑模型、醫(yī)療器械、人體器官模型、生物材料組織、考古、電影制作等領域都得到了廣泛的應用。 2） 加工柔性高，有自然支撐。每一層燒結開始前，工作缸先下降一個層厚的高度，而供料缸則上升一個層厚的高度。 覆膜砂的 SLS 技術研究現狀 在造型、制芯前砂粒表面上已覆有一層固態(tài)樹脂膜的型砂，芯砂稱為覆膜砂。現在，覆膜砂已廣泛應用于汽車、拖拉機、柴油機、 機 床 、離心鑄造、液壓件及泵類等行業(yè)，可滿足各種材料 、 各種生產條件的復雜精密鑄件的生產要求。型、芯整體制作時不存在型、芯的裝配定位問題；分別制作時，型、芯的定位裝配精度也很高。除抗拉強度外，還應包括發(fā)氣性、潰散性等。 待其冷卻至室溫后將其放到杠桿式強度試驗機上測量“ 8”字試件的抗拉強度，并記錄數值。直 接激光燒結得到的“ 8”字試件與經后處理得到的“ 8”字試件顏色比較如圖 ；不同后處理工藝條件下得到的試件如圖 。 試驗設備 本試驗使用的是： ZK— 82A 型真空干燥箱，其主要性能參數如表 2. 1 所示： 表 2. 1 ZK82A 型真空干燥箱性能參數 最高上作溫度 工作電壓 加熱功率 工作室尺寸 制造商 真空度 300℃ 220v 2kw Φ 350mm 400mm 上海實驗儀器總廠 60— 2τ 加熱保溫試驗過程 覆膜砂的工藝性能中抗拉強度性能的好壞，將影響到金屬液在充型過程中沖砂、砂眼、粘砂、氣孔等鑄件缺陷的產生，以及型腔中的 殘留型砂清理較 為困難等方面的問題。 2）試驗結果與分析 在三種不同保溫時間條件下，改變后處理溫度測得的覆膜砂的常溫抗拉強度值及強度隨溫度的變化規(guī)律分別如下表 2. 2， 2. 3， 2. 4 和圖 所示 ： 表 2. 2 保溫 10 分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗拉強度（ MPa） 試驗組數 抗拉強度（ MPa） 1 2 3 4 Average 200℃ 210℃ 220℃ 230℃ 240℃ 250℃ 表 2. 3 保溫 20 分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗 拉強度（ MPa） 試驗組數 抗拉強度（ MPa） 200℃ 210℃ 220℃ 230℃ 240℃ 250℃ 1 2 3 4 Average 表 2. 4 保溫 30 分鐘不同后處理溫度下覆膜砂試件的抗拉強度（ MPa） 試驗組數 抗拉強度（ MPa） 1 2 3 4 Average 200℃ 210℃ 220℃ 230℃ 240℃ 250℃ 從圖 2. 3 中可以看出，不同后處理時間條件下覆膜砂的抗拉強度都是隨溫度的升高而增大，直至達到最大值，然后隨著固化溫度的進一步提高，固化 強度開始下降；而且其曲線變化的幅度及發(fā)生的溫度區(qū)間也基本相同： 覆膜砂在 A 條件下（保溫 10 分鐘）抗拉強度變化的幅度相對較小，在 220～ 230℃ 的區(qū)間范圍內，抗拉強中北大學 2020 屆畢業(yè) 論文 第 13 頁 共 37 頁 度達到最大（ 230℃ 處），已測得最大值為 ，最小值為 （ 200℃處）； 覆膜砂 在 B 條件下（保溫 20 分鐘）抗拉強度變化的幅度相對較大，在 220～230℃ 區(qū)間范圍內，抗拉強度達到最大（ 230℃ 處），已測得最大值為 ，最小值為 （ 200℃ 處）； 覆膜砂在 C 條件下（保溫 30 分鐘）抗拉強度變化的幅度僅次于 B，在 220～ 230℃ 的區(qū)間范圍內抗拉強度達到最大（ 230℃ 處），已測得最大值為 ，最小值為 （ 200℃ 處）。同時 溫度過高也會導致表面砂粒之間的粘結頸變細部分可能因為溫度過高而發(fā)生過燒，從而不使分子鏈斷裂，導致抗拉強度的進一步降低。 表 2. 5 不同后處理時間下覆膜砂試件的抗拉強度（ MPa） 試驗組數 抗拉強度（ MPa） 1 2 3 4 Average 10min 15min 20min 25min 30min 圖 2. 4 后處理時間對覆膜砂件抗拉強度的影響 后處理時間對覆膜砂常溫抗拉強度影響規(guī)律的原因分析： ① 按照芯盒中覆膜砂溫度場分