選區(qū)激光燒結(jié)用覆膜砂的制備及其成形工藝研究.pdf

1、采用選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜砂型（芯）的整體、快速及精確化制備，為各類大型復(fù)雜薄壁鑄件的整體精密鑄造提供一個(gè)極好的技術(shù)途徑，對(duì)于提升航空、航天及汽車工業(yè)等領(lǐng)域關(guān)鍵零件的快速響應(yīng)，制造能力和制造水平有著重要作用。目前所制備的覆膜砂材料激光燒結(jié)成形性能還不盡理想，主要表現(xiàn)在覆膜砂中酚醛樹(shù)脂含量過(guò)多、激光燒結(jié)件的初強(qiáng)度偏低，特別是細(xì)小結(jié)構(gòu)的激光燒結(jié)成形仍十分困難，在發(fā)氣量和綜合力學(xué)性能方面難以達(dá)到實(shí)際工業(yè)使用要求。
　　本文選用角形系

2、數(shù)≤1.1的寶珠砂作為激光燒結(jié)用原砂，設(shè)計(jì)并利用熱法覆膜工藝配制了不同粒度組成的覆膜砂材料，進(jìn)行了覆膜砂的激光燒結(jié)成形工藝實(shí)驗(yàn)，著重研究了顆粒特性和燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)其激光燒結(jié)成形的影響規(guī)律，并進(jìn)一步探討了在相同和不同的激光能量密度條件下的覆膜砂激光燒結(jié)規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　采用球形寶珠砂作為激光燒結(jié)用原砂，其流動(dòng)性好，有利于減少樹(shù)脂添加量，激光燒結(jié)鋪粉更平整和均勻；調(diào)整覆膜砂粒度級(jí)配，能改善激光燒結(jié)的鋪粉密度，隨著覆膜

3、砂的粒度減小，其激光燒結(jié)的鋪粉密度也減小，平均粒徑為0.053～0.150mm范圍內(nèi)的相鄰五篩砂相比三篩砂的鋪粉密度提高了21.3％。
　　設(shè)計(jì)并配制了系列的覆膜寶珠砂材料，通過(guò)熱法覆膜工藝正交試驗(yàn)得到了激光燒結(jié)用覆膜砂最優(yōu)的包覆工藝參數(shù)為：樹(shù)脂加入時(shí)原砂的溫度為120℃和混碾時(shí)間80s，加固化劑時(shí)混合料的溫度95℃和混碾時(shí)間60s。對(duì)制備的覆膜砂表面形貌分析表明，酚醛樹(shù)脂均勻的覆膜在寶珠砂表面，差熱分析（DTA）表明覆膜寶珠砂的

4、固化溫度為150～160℃，有機(jī)物分解溫度為250℃。
　　系統(tǒng)研究了激光燒結(jié)工藝參數(shù)和鋪粉參數(shù)對(duì)成形精度和成形性能的影響規(guī)律，得到了高性能覆膜砂型（芯）激光快速成形的關(guān)鍵工藝條件。激光功率和掃描速度的匹配值直接影響了覆膜砂的激光燒結(jié)成形質(zhì)量，掃描間距的最佳值為0.15～0.20mm，鋪粉層厚的合理范圍為0.15～0.25mm。
　　顆粒特性對(duì)激光燒結(jié)成形精度和力學(xué)性能的影響研究發(fā)現(xiàn)，覆膜砂的粒度及其級(jí)配對(duì)覆膜砂型（芯）的激

5、光燒結(jié)成形有著明顯的影響。隨著粒度減小，激光燒結(jié)件的強(qiáng)度逐漸降低；采用平均粒徑小于0.105mm的相鄰五篩砂能有效保證燒結(jié)件的成形精度。
　　提出通過(guò)能量密度整體調(diào)控覆膜砂的激光快速成形過(guò)程，為改善表面質(zhì)量和控制成形機(jī)理、提高燒結(jié)強(qiáng)度提供了關(guān)鍵技術(shù)措施及理論指導(dǎo)。隨著激光能量密度的增大，試樣的力學(xué)性能逐漸提高，尺寸精度在激光能量密度大于0.032J/mm2以后出現(xiàn)明顯下降，最適宜的激光燒結(jié)成形域?yàn)?.024～0.032J/mm2。

6、研究還發(fā)現(xiàn)：等激光能量密度的燒結(jié)效果存在明顯的值域差別，當(dāng)激光能量密度小于0.024J/mm2時(shí)，試樣的燒結(jié)性能表現(xiàn)出等效性；當(dāng)激光能量密度大于0.024J/mm2時(shí)，等激光能量密度條件下隨著P和v值的同時(shí)增大，試樣的強(qiáng)度呈現(xiàn)緩慢增大然后輕微下降趨勢(shì)。
　　研究了添加無(wú)機(jī)粘結(jié)劑對(duì)覆膜砂激光燒結(jié)快速成形力學(xué)性能和發(fā)氣量的影響規(guī)律，采用低樹(shù)脂含量，通過(guò)添加無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，可提高激光燒結(jié)件的初坯強(qiáng)度，而且能大幅降低覆膜砂型（芯）的發(fā)氣量。在