选择性激光烧结中工艺参数对成型质量的影响

1、务l注止匐动地选择性激光烧结中工艺参数对成型质量的影响 谭月梅.胡庆夕,周克平,吴懋亮f上海太学t海±大镕99200436摘要;车文利用选择性馓光烧结技术进行烧结试验,研究T激光功率,扫描速度、扫描问距、单层厚度耐成型质量的髟J日,确定T材料烧结的屉佳I艺参数.为制作微孔结构的仿生骨骼蔸定T基m。关键词:选择性激光烧结I艺磬数.成型质量The Influence ofTechnical Parameters on Molding Quality in Selective Laser SinteringTAN Yuemei,HU qing-xi,ZHOU keping,WU mao-l

2、iang(sh¨曲aluve6峨Sh”ghal,200436,chinaAbstract=This article desc ribes simering exoer】meby elec【lve Cuer sinteringtechnologywhile studyingthe influence oflpower,Scning speed￥c aT】ning space singlelllickness onmolding quality tt h built the optical technicself sin【cring materlaJ Io establish the b

3、of making bionics bonewith porousKeywords:seectiveIcr sintering,technical p,sintenng quality0引言选择性撤光烧结(Selective La serSintering,SLS是已经商业化的快速成型(RP,RapidPrototyping方法之一。选择陛激光烧结采用高分于材料,用磷酸盐玻璃复合材料作为粘结荆,成型过程中粘结剂将受热融化并将粉末材料粘结成型”。成型质量是Eh材料特性、设备参数和所选择的t艺参数次定的。工艺参数可以根据实际的成型要求进行一定范陶内的调箍.以确定该种材料的适宜r艺参数口】.这些工艺

4、参数主要包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及单层厚度等。整个烧结试验在HRPS.111激光粉末烧结系统上进行。组织工程学的拄展对快速成型技术提出了新的要求,本文通过试验探索了用上艺方法生成骨组织支架的新方法。l激光功率对成形质量的影响不同馓光功率F成型样件横截面的扫描电镜(SEM照片如图I所示,加工参数为:扫描速度2000mm/s,扫描问距0Imm,单层厚度0I 5mm收蕞日期2004-05-08基盒项目:上坶市基础重点基金项目(02Jcl4033;±海市教委重点基盘项目(03AZ0.作者简介谭月梅,上海大学先进制造方向在读博±生.第26卷增刊200409【”】务l泣拈訇动

5、似(撇光功率A;75B_10H c_15WD:20圈l激光功率对成型质量的嚣响样件的烧结质量可由烧结后的密度来衡量, 试验中各组样件的密度(单位:ke/m3分别为: A:42753.B:55652.C;85795.D 1050【34】第26卷增刊200409/T 5lo 1520自￥(w图2烧结密度与撒光功率关系2扫描速度对烧结质量的影响 不同扫描速度下样件的横截面扫描电镜照片 如图3所示.加工参数为激光功率10W,扫描 间距0lmm,单层厚度05ram。卑、l生止訇矽,rb(翘m速度A:20eram/s,B:400mrrds.C:800rraals,D:2000mm/s圈3扫描速度对成型质量

6、的影响在图3中.A组商验中,由于扫描速度太小,烧结时单位面积上吸收的能量大,粉末烧结充分,表而役有收缩气孔,强度高:B组试验中,南于扫匀,强度较高:c组试验中.层与层之问有明显的验中,由于激光扫描进度太快.单位面积上粉末吸收的能量减少样什表面质量和强度较差。烧结密度与扫描速度的关系如图4所示a由圈中可虬看出,烧结密度随扫描速度的增加而F降,当扫描速度为400rends时.挠结质量最好,样件最致密.但存在过烧现象;当扫描速度超过3000mm/s时,烧结质量明显下降.样件内部存在人量孔洞。在其他工艺参数不变的情况下,扫描谜度为400mm/s时烧结质量较好。m 扫描速度(m/s圈4烧结密度%扫描建度

7、的关系3扫描间距对烧结质量的影响 不同扫描间距下样件的横截面扫描电镜jc【片 如图5所示,加工参数为激光功率lOW一扫描速 度2000mrnls,单层厚度0.15ram。f扫描间mA:005m扎B:O Imm.C:015mm rD:02mm 闰5扫描间4对&型质量的嚣响在图5中,A组试验中.烧结后的样件表匝 致密.样件强度高:B组试验中.撒光光斑直径 与扫描间距相等样件强度较高,表面质量较好;c 第26卷增刊200409【35l务l泣出匐动,tb 组试验中,由于扫描间距大于激光光斑直径,相邻两条扫描线之间有未烧结的粉末.强度和表面质量较筹:D蛆试验中.样件表面有二I;=量孔洞.组织极不

8、均匀,样件的强度和表面质量很差。可以计算出各样件的密度(kB,m3:A:74388.B:50284,C45234.D3933。A组烧;质量最好,D组烧结质量最差,这与上述分析的结果一致。由于激光光斑直径为0】所以扫描间距一般设为0lmm。4单层厚度对成型质量的影响 不同单层厚度下样件的横截面扫描电镜照片 如图6所示.加工参数为激光功率10W,扫描速 度2000rands,扫描间距0Imm。【36】第26卷增刊200409(单层厚度A:0075mm.B:01mm,C:015ram,D:02mml 圈6单层厚度对成型质量的髟响在图6中.A组试验中,单层厚度较小,上下 相邻两层烧结致密.强度和表面质

9、量好:B组试验 中,相邻两层烧结比较致密.样件内部孔有增大的 趋势.强度和表面质量较好:C组试验中,由于单 层厚度为0l 5ram,激光功率不足以完全熔透整层 扮束.样件的表面质量较差;D组试验中.由于厚 度继续增大,上下两层之间出现断层,样件强度大 为降低。从零件制造的角度看,单层厚度不能太小;由 于设备性能的约束,单层厚度也不能太大。经试验 验证.单层厚度一般设为0】5ram。5结论在SLS成型中.工艺参数的选择对于零件的成 型质量有着决定性的影响.试验研究了激光功率、 扫描速度、扫描间距、单层厚度等工艺参数对成掣 质量的影响.井通过对扫描电镜I!【片的分析,获得 了不同的工艺参数对成型质量的影响规律,并得出 了该种材料的最佳工艺参数,为生产和科研提供了 新的选择依据。参考文蘸:何天自.胡汉杰功能高分予与新技术2000:97-100【2j史i升,黄树槐,樯传友选择性激光烧鲒I艺参熬锂能 优化方法研究机槭科学与技术,2003,22(2:259264 P】薅永华,殷国盲快速原型制造技术的集成应用方法机 械与电子,1998(59一12岫盯_5曲m口dan