【導(dǎo)讀】快速成型技術(shù)與50年代的數(shù)控技術(shù)和最近20年發(fā)展起來的特種加工技術(shù)一。它是一種基于離散堆積成型的數(shù)字化制造技術(shù)，集激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)。技術(shù)、精密機(jī)械、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合高新技術(shù)。的市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求［1］［2］。1）生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)及市場(chǎng)全球化；2）顧客需求個(gè)性化、多樣化；3）產(chǎn)品生命周期縮短，更新?lián)Q代加速化；需求的新產(chǎn)品、產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。市場(chǎng)全球化和用戶需求個(gè)性化為先進(jìn)制造技術(shù)提出了新的要求［4］?；钚?，在不增加成本的前提下能夠以小批量生產(chǎn)甚至單件生產(chǎn)產(chǎn)品。材料的出現(xiàn)、激光技術(shù)的發(fā)展為快速成型技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于RP技術(shù)的成型原理突破了傳統(tǒng)加工中的塑性成形（如鍛、RP技術(shù)將復(fù)雜的三維加工技術(shù)分解成簡(jiǎn)單的二維加工的組合，RP技術(shù)屬于環(huán)保型技術(shù)，能源和原材料的利用率。RP技術(shù)的具體工藝不下30余種。1）用于概念設(shè)計(jì)的原型。

　　

【正文】 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 試件 2 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 2）由圖 可知， Z 方向的尺寸誤差也向正誤差方向增大，并且 Z 方向的尺寸誤差大于平面的尺寸誤差，這是由于激光的方向性，導(dǎo)致熱量主要沿著激光束的方向進(jìn)行傳播，所以隨著激光功率的增加，厚度方向即激光束的方向，更多的粉末燒結(jié)在一起。 提高制件精度的改進(jìn)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(jī)器誤差 ［ 31］ 。提高精中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 30 頁 共 37 頁 度的方法也主要是從以下這幾個(gè)方面著手： 提高模型精度的方法：用更高次的曲面逼近實(shí)體的曲面；用更密的三角形面片去逼近實(shí)體模 型。 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(dāng)成型 面 的 法向與成型方向成鈍角時(shí)，使用成型層底面切片；當(dāng)成型面的法向與成型方向成銳角時(shí)，使用成型層的上表面切片。這樣可以中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 31 頁 共 37 頁 將切片的誤差減到最小。同時(shí)還應(yīng)盡量采用較小的切片厚度，使誤差與切片厚 度成正比，還可以采用斜面成型技術(shù)，這樣可以將切片的臺(tái)階誤差減到最小。 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(shù)中最大的誤差源，所以減小成型收縮對(duì)于減小成型誤差是最重要的途徑。成型收縮是材料的固有特性，根據(jù)不同材料物理化學(xué)性能，燒結(jié) 加工中合理地選擇激光燒結(jié)功率、激光掃描間距、掃描速度等工藝參數(shù)， 再通過修正系數(shù)減少尺寸的收縮。而且當(dāng)粉末燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)密度將比粉末密度大這樣引起的收縮是融熔固化收縮。當(dāng)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(shí)間。如果在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)比再從另一個(gè)方向進(jìn)行掃描，則可以改變其固化取向，使變形 方向發(fā)生改變，以減少收縮，這種收縮還可以通過降低冷卻速度，增加弛豫時(shí)間來減小，也可以通過降低燒結(jié)程度來減小這種收縮率。除了熔固收縮外，還有一個(gè)方面是由于溫度冷卻而引起的收縮，減少這個(gè)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。 通過減小成型材料的收縮率，如加入一些無機(jī)材料顆粒，可以大大降低成型收縮。有的還可以采用收縮率小的成型材料。降低收縮率還有利于減少 成型翹曲，通過適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償來提高成型件的平面精度，也可減少誤差。在平面精度方面的機(jī)器誤差主要是指激光掃描精度問題產(chǎn)生的誤差，可以通過校準(zhǔn)的方法來提高掃描精度。 高度方向的精度 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 32 頁 共 37 頁 高度誤差歸納起來還是機(jī)器誤差、成型收縮引起的誤差、首層效應(yīng)和成型垂直移動(dòng)等 ［ 32］ 。減小模型誤差與上述減小平面誤差方法相同。減小切片誤差， 切片厚度 h 越小，切片誤差越小，但成型件的加工時(shí)間要增加。減少首層效應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)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(gè)值可以通過后面的補(bǔ)償一起考慮。減少機(jī)器 誤差只有通過更進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)精度來減少。減少由于成型收縮引起的誤差可以通過減小收縮率的方法來減小這種誤差，也可以通過補(bǔ)償?shù)霓k法來減小，如果最后一層的收縮量為 h5， 那么可以增加的鋪粉量為 h5/λZ，一般來說可以在最后一層燒結(jié)完后，下降層鋪粉一次到兩次，然后對(duì)最后一層重新燒結(jié)一次到兩次，可以將這個(gè)誤差減到最小。對(duì)于因已成 型部分的移動(dòng)所造成的誤差，可以從工藝上解決，或者采取補(bǔ)償?shù)霓k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(dòng)阻力大 則 向下的移動(dòng)量會(huì)更小。如果有些零件無法調(diào)整成型方向，那么可以根 據(jù)移動(dòng)的規(guī)律對(duì)模型作一些補(bǔ)償。 綜合以上因素考慮，為保證制件精度在允許的范圍內(nèi)，在三維造型時(shí)，將制件的設(shè)計(jì)尺寸放大 ％。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(dá)到指定尺寸要求。 本章小結(jié) 本章首先比較全面的分析了影響覆膜砂選擇性激光燒結(jié)制件精度的主要因素，然后針對(duì)精度問題進(jìn)行了大量燒結(jié)工藝實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出了激光功率和尺寸大小對(duì)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， 使得到的覆膜砂制件能成功的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。 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(duì)象，通過大量的試驗(yàn)分析得到了合理的后處理加熱保溫溫度和時(shí)間，成功的制取了三維試樣。主要完成的研究工作包括： 1）采用對(duì)燒結(jié)后的制件進(jìn)行后處理的工藝方法，解決經(jīng) SLS 法燒結(jié)的覆膜砂試件的燒結(jié)強(qiáng)度較低，不能直接用于澆注金屬鑄件的問題。通過大量后處理試驗(yàn)，找到了原型燒結(jié)件后處理最佳加熱溫度和保溫時(shí)間為： 230℃ 和 25min。通過對(duì)經(jīng)后處理的原型件的強(qiáng)度、發(fā)氣性、潰散性的實(shí)驗(yàn)分析，證明采用上述最佳燒結(jié)及后處理工藝獲得的原型件滿足實(shí)際生產(chǎn) 要求。 2）比較全面的分析了影響制件精度的主要因素，針對(duì)精度問題進(jìn)行了大量燒結(jié)工藝實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出了激光功率和尺寸大小對(duì)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。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 34 頁 共 37 頁 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王運(yùn)贛 .快速成形技術(shù) [M].武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1999， 8（ 2）： 15～19 [2] 馬濤 .激光選區(qū)燒結(jié)快速成型技術(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用擴(kuò)展的研究 [D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)， 2020， 5（ 6）： 2～ 9 [3] 崔國(guó)起，郝艷玲，王玉祥等 .快速成型是支持產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵使能技術(shù) .中國(guó)機(jī)械工程， 2020， 10： 63～ 69 [4] 孫大涌主編 .先進(jìn)制造技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社 ， 1999， 12： 530～ 543 [5] 張劍峰，張建華等 .激光快速成形制造技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展 .航空制造技術(shù)，2020， 7（ 6） ： 2～ 5 [6] 王秀峰，羅宏杰編著 .快速原型制造技術(shù) .中國(guó)輕工業(yè)出版社， 2020， 5（ 6）15～ 18 [7] 趙保軍 .選擇性激光燒結(jié)快速成形工藝建模與優(yōu)化研究 .北京航空航天大學(xué)博士論文 ， 2020： 30～ 45 [8] 顏永年等 .快速原型技術(shù)的發(fā) 展與未來 .科技學(xué)術(shù)論文集 2020 年 .北京：原子能出版社， 2020， 3： 69～ 78 [9] 朱林泉，白培康，朱江森 .快速成型與快速制造技術(shù) .北京 :國(guó)防工業(yè)出版社，2020， 1（ 5）： 12～ 20 [10] 楊偉東，顏永年等 .基于 RP 的直接制造金屬型方法探討 .河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020， 2： 25～ 36 [11] Hua Guoran, etc. Rapid Manufacturing of Metal Parts. Journal of Southeast University, 2020， 2（ 18）： 65～ 71 [12] 席明哲，張永忠等 .激光快速成型不銹鋼零件的研究 .特種鑄造及有色合金，2020， 4（ 5）： 5～ 7 [13] , O. Nyrhila, J. Kotila, JE. Lind. Direct Metal Laser Sintering of Complex Metal Structures. Proc. of ICALEO 2020, Section D： 13～ 20 [14] 楊森，鐘敏霖 .激光快速成型金屬零件的新方法 .激光技術(shù)， 2020， （ 8）： 2～6 [15] Minlin ZHONG, etc. Laser Direct Manufacturing Specific Geometry WINi 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 35 頁 共 37 頁 Component. ICALEO 2020 Proceedings, Section D： 15～ 25 [16] M. Resch, I. Smid, D. Schuocker. PROCESS CONTROL AND FURTHER IMPROVE MENTS FOR THE BLOWN POWDER PROCESS. ICALEO 2020 Proceedings, Section D： 13～ 19 [17] 莫健華 .快速成形技術(shù)與快速制模 .中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)先進(jìn)制造技術(shù)系列講座 ， 2020： 15～ 24 [18] 楊家林，王洋，陳楊 .快速成型技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) .新技術(shù)新工藝，2020,1（ 8）： 4～ 13 [19] Carey P R, Kerns K ,T. The European Direct Shell Sand Core and Mo1d Making Rapid Prototyping Process. AFS Transactions， 1997， （ 7）： 69～ 74 [20] Fan Zitian, Huang Naiyu. Investigating on Casting Molds（ Cores） Making with the Coated Sand by the Selected Laser Sintering. Proceeding of The First International Conference on Rapid Prototyping amp。 Manufacturing. Beijing. 39。an： Shanxi Science and Technology Press, 1998， 412～ 417 [21] 黃乃瑜等 .選擇性燒結(jié)覆膜砂鑄型（芯）的試驗(yàn)研究 .南昌大學(xué)學(xué)報(bào) ， 1999，22（ 3） ： 24～ 29 [22] 謝衛(wèi)東等 .制芯壓實(shí)力對(duì)覆膜砂砂芯性能的影響 .機(jī)械工程材料 ， 2020， 24（ 5） ： 42～ 51 [23] 朱世根 .我國(guó)殼型（芯）用覆膜砂的發(fā)展 .特色鑄造及有色合金， 1999（ 4）：44～ 47 [24] 鄧琦林，張宏，唐亞新等 .固態(tài)粉末的選擇性激光燒結(jié) .電加工， 1999（ 2）：32～ 35 [25] 覃丹丹等， 覆膜砂選擇性激光燒結(jié)成型工藝研究 .中北大學(xué)碩士學(xué)位論文 ，2020， 3 [26] 康明、王文清等 .殼型（芯）用覆膜砂脫殼缺陷的防止 .鑄造 ， 1998（ 10）：31～ 35 [27] Bunting C R, etal. Using Calcium Stearate in Shell Process Sands. Foundry，1973， （ 12）： 46～ 49 [28] 呂德志等 .鑄造用覆膜砂的性能測(cè)定方法 .中國(guó)鑄造裝備與技術(shù) ， 1997（ 6）：中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 36 頁 共 37 頁 22～ 24 [29] 冀運(yùn)東等 .酚醛樹脂覆膜砂熱性能的試驗(yàn)研究 ， 2020（ 3）： 204～ 206 [30] 彭雪峰，史玉升，黃樹槐 .SLS 制 件精度的影響因素研究 .與制造技術(shù)， 2020， 101～ 102 [31] 樊自田，黃乃瑜，肖躍加，韓明 .基于選擇性燒結(jié)制件的精度分析 [J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版） ， 2020， （ 2） ： 6～ 9 [32] 李仲陽，謝存禧，邵明，成曉陽 .快速成型的精度分析與自適應(yīng)分層的研究[J]廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ， 2020，（ 2） ： 2～ 9 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 論文 第 37 頁 共 37 頁 致 謝 本論文是在