PA6粉末多层选区激光烧结应力与变型研究

【摘要】选区激光烧结(SelectiveLaserSintering,SLS)是一种基于逐层制造的激光快速成形技术(RapidPrototyping,RP),相比其他RP技术具有成形材料来源广泛,可成形任意复杂零件,具有空腔、悬臂结构的零件的成形时无需支撑的优点,经过二十多年在的发展研究,逐渐应用于汽车工业、模具制造和生物医疗等领域,在国内外受到了广泛的重视和发展。选区激光烧结的成形原理是计算机控制激光按一定路径,在粉末层表面扫描,粉末逐点熔化,再凝固后熔结成线,相邻烧结线搭接成面,逐层面形堆积成实体的过程,成形过程中不稳定的温度场,以及PA6高分子材料的收缩性,导致成形过程中存在较大的应力与变形。成形过程中的变形影响变形会影响成形精度,应力过大时,更会导致烧结件开裂,严重影响零件使用性能。因此,有必要对PA6粉末材料烧结中应力及变形问题深入了解,提升烧结件的实用性。本文通过激光对粉末烧结的热作用提出体热元模型,用有限元软件的模拟计算得到PA6粉末多层选区激光烧结过程的温度场和应力场；分析预热温度对三维实体零件的成形以及烧结件的应力、变形的影响；进行多层烧结实验,测量烧结件在逐层成形过程中的应力,结合模拟计算与实验测量对应力变形问题进行研究和优化。第一,分析PA6粉末多层烧结的温度场。利用ANSYS中的生死单元功能,模拟逐层增材制造的过程,得到整个烧结过程的温度场变化,分析预热温度对三维实体零件的成形条件的影响。第二,在温度场分析的基础上,计算PA6粉末多层烧结的应力场。通过热弹性力学的基本原理,将烧结过程中温度的影响转化为应变以及应力的结果,得到整个烧结过程的应力场变化,结合工艺参数优化烧结过程。第三,进行PA6粉末多层烧结实验,测量烧结件的应力。根据弹性变形法,通过零件在应力释放作用下发生的弹性变形得到烧结件的应力,结合模拟计算的结果,得到应力、变形较小的三维烧结件。通过本文的一系列工作,得到烧结过程中应力变形的演化过程,进而优化烧结工艺参数,得到良好的三维实体结构。PA6材料烧结件应力的测量与研究也可以对其他高分子材料的激光烧结过程有一个参考作用。
【作者】胡江波；
【导师】王翔；
【作者基本信息】中国科学技术大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】选区激光烧结；PA6；温度场；应力场；变形；

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