尼龍粉末選擇性激光燒結(jié)鋪粉工藝數(shù)值模擬研究.pdf

1、選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser sintering,SLS）是一種增材制造技術(shù)，通過(guò)逐層鋪粉，逐層掃描燒結(jié)的方式直接制造零件。因其能加工任何復(fù)雜幾何形狀的零件，成形過(guò)程中零件無(wú)需額外支撐，材料利用率高，近年來(lái)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于任意一種燒結(jié)材料，SLS工藝需根據(jù)被燒結(jié)粉末的性質(zhì)匹配成形工藝參數(shù)才能燒結(jié)出密度均勻且機(jī)械性能良好的制件。成形工藝參數(shù)包括：鋪粉工藝參數(shù)和燒結(jié)工藝參數(shù)。尼龍粉末作為SLS廣泛應(yīng)用的材料

2、之一，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其燒結(jié)工藝做了大量的研究，但對(duì)其鋪粉工藝過(guò)程的研究較少。鋪粉工藝的好壞將直接影響到成形工藝能否順利進(jìn)行，并影響粉床密度均勻性，進(jìn)而影響燒結(jié)件密度均勻性及其機(jī)械性能參數(shù)。因此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和離散元法相結(jié)合的方法研究尼龍粉末SLS鋪粉工藝，探索粉體微觀(guān)參數(shù)和鋪粉參數(shù)對(duì)鋪粉質(zhì)量的影響規(guī)律。具體工作包括以下幾個(gè)方面：
　　（1）在研究鋪粉過(guò)程中粉末顆粒間的相互作用時(shí)，由于尼龍粉末顆粒的粒徑在20-100μm，顆粒分子間的

3、范德華力比重力還大，因此必須考慮范德華力的作用。本文首先介紹了經(jīng)典彈性及粘彈性接觸模型，比較和分析其適用場(chǎng)合，在此基礎(chǔ)上建立了尼龍粉末微觀(guān)作用力接觸模型，采用EDEM-API建立了接觸模型計(jì)算模塊，并進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)理論計(jì)算和軟件計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了接觸模型計(jì)算模塊的正確性。
　?。?）采用超景深顯微鏡觀(guān)測(cè)了尼龍粉末的微觀(guān)顆粒形狀，通過(guò)激光粒度儀測(cè)試了其粒徑分布；通過(guò)直剪試驗(yàn)，休止角試驗(yàn)和滾筒試驗(yàn)對(duì)離散元模型參數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)。<

4、br>　?。?）分析了輥筒旋轉(zhuǎn)速度、平移速度、輥筒微幅振動(dòng)、輥筒半徑和顆粒的粒徑及分布對(duì)鋪粉過(guò)程中成形區(qū)粉床密度均勻性、密實(shí)特性的影響。還研究了輥筒在鋪粉過(guò)程中的受力和鋪粉層對(duì)已成形件的影響。
　　（4）首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了余粉與新粉的顆粒微觀(guān)形貌，粒徑及其分布的異同，研究了新粉與余粉的流動(dòng)特性。然后，開(kāi)展了SLS工藝過(guò)程中新粉、余粉及兩者不同比例混合粉末的鋪粉工藝的數(shù)值模擬，并進(jìn)行了燒結(jié)實(shí)驗(yàn)。最后，分析了鋪粉后粉床密度均勻性及密