【正文】 布理論，在溫度不變情況下，隨時間的延長，那么覆膜砂溫度傳遞就比較深，這樣就會使更多的覆膜砂得到再固化，從而使得固化狀態(tài)區(qū)的厚度變厚。 通過對覆膜砂選擇性激光燒結(jié)后處理工藝試驗的研究，完成了如圖 所示的鑄造用覆膜砂型芯和試驗件。本試驗是在考察后處理溫度對強度影響的基礎(chǔ)之上，進一步考 察其對覆膜砂發(fā)氣性能的影響規(guī)律，從而使上述的后處理溫度參數(shù)更好地 滿足高強度、低發(fā)氣量的制（型）芯要求。因此，實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)強度的要求來確定后處理溫度。綜合 和 2. 4 所選參數(shù)，選擇性激光燒結(jié)覆膜砂試件的后處理最佳工藝條件為： 230C， 25min。 ［ 26］ 潰散率的計算公式如下： 100%?試 驗 后 的 篩 下 砂 量潰 散 性 （ % ） = 試 驗 前 的 砂 重 表 不同溫度下覆膜砂制件的潰散率 試驗組數(shù) 不同溫度下的潰散性（ ％） 500℃ 600℃ 700℃ 1 2 3 Average 100 100 100 100 2）試驗結(jié)果與分析 優(yōu)選工藝條件下測得的不同溫度下覆膜砂制件潰散率的值見表 。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 23 頁 共 37 頁 3 試件精度的研究 影響制件精度的主要因素 在快速成型中，成型精度是衡量成型質(zhì)量最主要的指標。 零件造型對制件精度的影響 制件精度 設(shè)備誤差 零件的造型引起的誤差 成型工藝參數(shù)的影響 材料因素的影響 成型后環(huán)境變化引起的誤差 激光功率和掃描速度的影響 預(yù)熱溫度的影響 掃描路徑的影響 燒結(jié)層厚的影響 CAD 模型誤差 切片誤差 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 24 頁 共 37 頁 1） CAD 模型誤差 模型誤差主要是指 CAD 模型對實際模型的逼近誤差， STL 格式是一種 CAD 模型，它是用平面三角形面片構(gòu)成一個物體的。實際加工零件時，切片厚度通常在 ～ 范圍內(nèi)取值。切片會引起高度方向的誤差， 當切片厚度為 h，若模型的總高度為 H，那么切片層數(shù)為△ hs1=Hint（ H/h） h，所以總的 厚度誤差△ H=△ hs+△ hm+△ hn+△ hc+△ hd+△ hs1，在式中，△ hs 為機器運動的誤差；△ hm 為模型的誤差；△ hn 為由于 z 向收縮引起的總誤差；△ hc 為由于第一層成型厚度超過鋪粉厚度造成的誤差；△ hd 為由于已成型部分的向下移動造成的誤差；△ hs1是切片引起的高度誤差。 2）預(yù)熱溫度的影響 在 SLS 系統(tǒng)中，預(yù)熱溫度是重要的工藝參數(shù)之一。輪廓環(huán)掃描在連續(xù)不斷的掃描過程中掃描線經(jīng)常改變方向，使得收縮引起的內(nèi)應(yīng)力方向分散，減小了翹曲的可能，使制 件的表面均勻。 燒結(jié)制件材料及特性對成型精度的影響 激光燒結(jié)成型 系統(tǒng)所用材料主要是：覆膜金屬、覆膜陶瓷、覆膜砂、尼龍、聚苯乙烯等粉末材料。 實驗內(nèi)容 在激光功率分別為 18W、 、 21W、 、 24W 時，取鋪粉厚度為 ，預(yù)熱溫度 70℃ 、掃描速度 900 mm/s，將 燒結(jié)制件尺寸分別設(shè)計為內(nèi)切圓直徑分別為 30mm， 60mm， 90mm 的正八面體，高度都為 10mm（見圖 ）。 試驗結(jié)果表明： 1）從圖 可見，在 18～ 24W 激光功率范圍內(nèi)，對相同尺寸的制件，隨激光功率的增加， X 軸尺寸誤差向正誤差方向增大。 試件 3 激光功率 /w X 尺寸誤差 Y 尺寸誤差 W 尺寸誤差 P 尺寸誤差 Z 尺寸誤差 18 21 24 圖 X 方向的尺寸誤差 減少切片誤差的方法：當成型 面 的 法向與成型方向成鈍角時，使用成型層底面切片；當成型面的法向與成型方向成銳角時，使用成型層的上表面切片。除了熔固收縮外，還有一個方面是由于溫度冷卻而引起的收縮，減少這個收縮應(yīng)掌握好激光燒結(jié)材料的預(yù)熱溫度，減少溫差，制件燒結(jié)后，降低制件的冷卻速度。減少首層效應(yīng)通過實驗和分析模型可以得到燒結(jié)層厚 ho=f（ P， Vs， S， Ts， Tb），那么這個值可以通過后面的補償一起考慮。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 33 頁 共 37 頁 4 結(jié)論 本文以覆膜砂為材料，以激光燒結(jié)條件下覆膜砂燒結(jié)制件的后處理工藝為研究對象，通過大量的試驗分析得到了合理的后處理加熱保溫溫度和時間，成功的制取了三維試樣。 Manufacturing. Beijing. 39。此參數(shù)能保證制件在燒結(jié)過程中各方向的尺寸都能在經(jīng)過人工后處理的條件下達到指定尺寸要求。減小模型誤差與上述減小平面誤差方法相同。當激光束掃描 過后， 粉末從熔融狀態(tài)到固相狀態(tài)有一定的固化時間。 提高制件精度的改進措施 平面精度 平面誤差源主要有：模型誤差、切片誤差、成型收縮和機器誤差 ［ 31］ 。本試驗比較全面的分析了影響制件精度的主要因素，然后針對精度問題進行了大量燒結(jié)工藝實驗，通過對實驗結(jié)果的分析得出了激光功率和尺寸大小對制件精度的影響規(guī)律，并就提高 SLS 制件精度提出了一些相應(yīng)的解決方法。 燒結(jié)制件的精度試驗 實驗設(shè)備及材料 1）實驗設(shè)備： HLP— 350Ⅰ激光燒結(jié)機，游標卡尺 。 4）燒結(jié)層厚的影響 燒結(jié)層厚對制件的精度和表面光度影響很大，一般認為，層厚越小，精度越高、零件的表面光潔度越高，這在燒結(jié)斜面、曲面等形狀的零件時表現(xiàn)最為明顯。 3）掃描路徑對制件精度的影響 目前掃 描路徑的生成主要有兩種方法：一種是逐行掃描（圖 ），每一段路徑均互相平行，在邊界線內(nèi)往復(fù)掃描，也稱為 Z 字路徑；另一種是輪廓環(huán)掃描（圖），掃描路徑由輪廓的一系列等距平行線構(gòu)成，激光光斑就沿著這些平行線逐層掃描。 當激光功率過高、掃描速度過慢時，產(chǎn)生的液相有足夠的時間在粉粒間隙中流動及潤濕粉末顆 粒，并將其粘結(jié)在一起，但粉末會產(chǎn)生過燒結(jié)，成型件表面粗糙；同時 會使成型件容易產(chǎn)生翹曲變形。如果在 Z=xh 高度處作為初始切片層，則可以減小這些誤差。切片過程是從高度方向（ Z 方向）上按照一定的厚度逐層切片、生成一系列離散的二維片層信息的過程。機器誤差主要是活塞傳動系統(tǒng)的誤差，現(xiàn)在假設(shè)傳動系統(tǒng)每次運動的系統(tǒng)誤差為e1＝ ，成型件高度 H=100mm，成型件層厚 h= 那么成型層數(shù) n=1000，這樣 z 向的累積誤差可以達到 1mm。本章通過對制件的后處理試驗，找到了原型燒結(jié)件后處理最佳加熱溫度和保溫時間為： 230℃ 和 25min。所以對選擇性激光燒結(jié)覆膜砂制件在優(yōu)選工藝條件下的潰散性能分析研究具有十分重要的意義。 表 不同后處理時間下覆膜砂件的發(fā)氣量（ ml/g） 試驗組數(shù) 發(fā)氣量（ ml/g） 1 2 3 4 Average 10min 15min 20min 25min 30min 圖 后處理時間對覆膜砂發(fā)氣性能的影響 3）小結(jié) 把 中固化時間參數(shù)與本試驗結(jié)合，按照 中的比較方法，我們得出覆膜砂試件在不同固化時間下抗拉強度要比發(fā)氣性對時間更敏感，因此后處理時間的中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 21 頁 共 37 頁 確定也主要取決于抗拉強度要求。 反之，變化幅度較小。由于發(fā)氣性對鑄件質(zhì)量有著重要影響 ，發(fā)氣性 的 測定日趨受到人們的重視。 （ a）放大 100 倍 。依次改變加熱時間為 l0min， 15min， 20min， 25min，30min；重復(fù)上述操作，分別記錄下其強度值，最后求其平均值，并用后處理時間―常溫抗拉強度的曲線表示出來。 所以在三種不同保溫時間條件下的覆膜砂開始都會隨著固化溫度的提高其強度也隨之提高。待其冷卻至室溫后，將其放到杠桿式強度試驗機上測量“ 8”字試件中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 12 頁 共 37 頁 的抗拉強度，并記錄數(shù)值。每個工藝條件下測 4 個強度值，然后求其平均值。原因有以下幾點： 1） 光束照射加熱的時間很短（可以認為是瞬間加熱）； 2） 覆膜砂的熱傳導(dǎo)系數(shù)較小； 3） 光束照射加熱的最高溫度不允許太高（當最高溫度大于 300℃ 時，樹脂膜受熱而碳化），即只能在較低的溫度下加熱。依次改變加熱溫度為 200℃， 210℃， 220℃， 230℃，240℃， 250℃；然后在保溫時間為 20min 的情況下分別記錄下其強度值 ，最后求其平均值，并用后處理溫度 — 常溫抗拉強度的曲線表示出來。 課題研究的主要內(nèi)容 從快速成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，特別是 SLS 成型技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀的分析發(fā)現(xiàn)，盡管 SLS 技術(shù) 發(fā)展到今天已經(jīng)達到相當高的水平，但是仍然存在很多需要繼續(xù)研究的問題。 2）可生產(chǎn)任何復(fù)雜程度的鑄件。 覆膜砂具有良好的流動性和存放性，用它制作的砂芯強度高、尺寸精度高，便中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 7 頁 共 37 頁 于長期存放，在國際上，尤其在日本、韓國、東歐等國家及我國臺灣地區(qū)鑄造工業(yè)中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。 3）后處理 全部燒結(jié)完成后，都要做一些后處理工作，如去掉多余的粉末，再進行打磨、烘干、加熱等處理以便獲得原型或零件。對于一個給定的零件，首先要建立被加工零件的三維實體模型；經(jīng)過 CAD 軟件的 STL文件格式的輸出，然后利用分層軟件對零件的 CAD 模型進行分層切片，把三維實體分解成一系列二維平面的薄片，每一薄片稱為一個切片，每個切片具有一定的厚中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 6 頁 共 37 頁 度，并包含二維輪廓信息；再用掃描軌跡生成軟件將切片的輪廓信息轉(zhuǎn)化成激光的掃描軌跡信息。與其它 RP技術(shù)相比， SLS 最顯著的特征是 ［ 18］ ： 1） 材料適用范圍廣。從 RP 技術(shù)的發(fā)展歷程來看，最初主要應(yīng)用于原型制造，隨著研究的深入，現(xiàn)在很多研究者都致力于研究快速制造金屬零件。 快速成型技術(shù)的應(yīng)用概況 根據(jù)不同的應(yīng)用場合和需求，快速成型技術(shù)主要有 4 種層次的應(yīng)用： 1） 用于概念設(shè)計的原型。通過升降平臺的移動和箔材的送給可以切割出新的層片并將其與先前的層片粘結(jié)在一起。其 含義有兩點，一是指可以根據(jù)原型或零件的形狀，無需使用工具、模具 而自由 的成型；二是指不受形狀復(fù)雜程度的限制，能夠制造任意復(fù)雜形狀與結(jié)構(gòu)、不同材料復(fù)合的原型或零件。與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比， RP 技術(shù)實現(xiàn)了 CAD 模型直接驅(qū)動，成型時間短。 隨著市場一體化的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度成為競爭的主要矛盾。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 1 頁 共 37 頁 1 引言 快速成型技術(shù)簡述 快速原型制造（ Rapid Prototyping，簡稱 RP）技術(shù)，又稱快速成型技術(shù)，是 20世紀 80 年代后期首先在美國產(chǎn)生并商品化， 90 年代在全球迅速發(fā)展起來的制造新技術(shù)。 快速成型技術(shù)的產(chǎn)生背景 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 2 頁 共 37 頁 快速成型技術(shù)的誕生主要有兩方面的原因： 1）市場拉動 市場全球化和用戶需求個性化為先進制造技術(shù)提出了新的要求 ［ 4］ 。 快速成型技術(shù)的優(yōu)勢 ［ 7］ ： 1）響應(yīng)速度快。從這個角度來講， RP 技術(shù)屬于自由成型制造。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 4 頁 共 37 頁 4）熔融沉積制造（ Fused Deposition Modeling， FDM） FDM 是指將熱熔性材料（ ABS、尼龍或蠟）通過加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個層面，然后將第二個層面用同樣的方法建造出來，并與第一個層面粘結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。功能零件則要求材料具有較好的力學(xué)性能和化學(xué)性能。 選擇性激光燒結(jié)快速成型技術(shù) 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)特征 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 5 頁 共 37 頁 選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)造型速度快， 一般制品僅需 1～ 2 天即可完成。 圖 工藝制造實體零件的基本過程 1） CAD 模型的建立及分層處理 這一階段的作用是在計算機上實現(xiàn)零件模型的三維造型和數(shù)據(jù)處理過程。如此逐層地添加粉末材料有選擇地?zé)Y(jié)堆積，最終生成三維實體模型或零件。覆膜砂一般為干態(tài)顆粒狀，近年來我國已 有廠家開發(fā)出濕態(tài)和粘稠狀覆膜砂。從零件圖紙到工藝設(shè)計、鑄型（芯）的二維實體造型等都山計算機完成。 用 SLS 法快速生產(chǎn)鑄件的工藝過程可分為三步： 1） SLS 鑄型（芯）的工藝設(shè)計及計算機三維