第5章-选择性激光烧结成形技术

作业：1.立体光刻快速原型制造技术的优缺点分析？2.激光选择烧结SLS原型制造技术的原理以及系统组成？是否需要设计支撑，并说明其原因。教材89页3.激光选择烧结SLS原型制造技术为什么要求预热，如何控制预热温度？为什么需要氮气保护？89页117页4.激光选择烧结SLS原型制造技术中，粉末材料一般有几种组合？5.描述采用激光选择烧结SLS原型制造技术直接制造模具的最常用工艺过程？113-114页立体光刻固化的优点立体光刻固化，也称作三维光刻，是目前快速原型工艺中最精确的方法。它的精度受到设备的限制。复杂模型，或者是比成型室尺寸大的模型，可以由单个的局部模型组合成任意复杂的完整的模型。模型可以通过喷砂处理和抛光来进行精加工处理未交联单体可以再利用，完全聚合的树脂可以当作普通的废物。立体光刻固化的缺点立体光刻固化只能使用感光性材料。立体光刻固化有两个步骤，首先模型在真正的立体光刻固化设备里固化到很高的程度(95％)；然后将做成的模型放到烘箱里，使模型进一步交联，直至完全固化。产品毛坯必须用溶剂清洗。在树脂池中，模型仍然是相当柔软的产品坯。支撑必须从产品毛坯或凝固的模型中用人工清除。感光性丙烯酸吸收氧，而环氧基树脂具有吸湿性，模型完全凝固后，也很容易碎掉。几天或几周后，没有支撑的壁就会变形，如果把模型翻转或支撑起来这种情况就会消失。最新的环氧基树脂没有这些明显的特征。逆向工程与快速成形技术ReverseEngineeringandRapidPrototypeTechnology天津科技大学TianjinUniversityofScience&Technology第5章选择性烧结快速成形技术SelectiveLaserSintering天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySelectiveLaserSintering方法介绍天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySelectiveLaserSintering(SLS®,registeredtrademarkbyDTM™ofAustin,Texas,USA)isaprocessthatwaspatentedin1989byCarlDeckard,aUniversityofTexasgraduatestudent.ItschiefadvantagesoverStereolithography(SLA)revolvearoundmaterialproperties.Manyvaryingmaterialsarepossibleandthesematerialscanapproximatethepropertiesofthermoplasticssuchaspolycarbonate[化]聚碳酸酯,nylon,orglass-fillednylon.天津科技大学TianjinUniversityofScience&Technology天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologyGalvanometern.检流计天津科技大学TianjinUniversityofScience&Technology天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySelectiveLaserSinteringSelectivelaserSintering(SLS)isinprinciplesimilartostereolithography.Inthisprocesshowever,fabricationofaphysicalmodel/partiseffectedbyselectivelymeltingafinelypowdered(50µm)thermoplasticmaterial.Alevelingrollerspreadseachlayerofpowderoverthesurfaceofthebuildchamber,asthefabricationpistonmovesdownonelayer,whilethepowderdeliverypistonmovesupwardtosupplypowdertotheprocess.Thesurfaceofthetightlycompactedpowderisselectivelyheatedwithaconcentratedinfrared(IR)beamfromaCO2laser.ThepowderismeltedwheretheIRbeamstrikesunderguidanceofthex-yscannercausingtheparticlestofusetogether.天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySelectiveLaserSinteringTheentirefabricationchamberissealedandmaintainedatatemperaturejustbelowthemeltingpointoftheplasticpowder.Thus,heatfromthelaserneedonlyelevatethetemperatureslightlytocausesintering,minimizingthermaldistortion,facilitatingfusiontothepreviouslayerandgreatlyspeedingtheprocessAnitrogenatmosphereismaintainedinthefabricationchambertopreventthepossibilityofadustexplosioncausedbyhandlingthepowder.Unlikestereolithography,nosupportsarerequiredwithSLSsinceoverhangs,andundercutsaresupportedbythesolidpowderbed.Additionally,nofinalcuringisrequired,however,surfacefinishesarenotasgoodasthoseachievedwithstereolithographyandsincetheobjectsaresintered.theyareporous.Dependingontheapplication,itmaybenecessarytoinfiltratetheobjectwithanothermaterialtoimprovemechanicalcharacteristics.天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologyCopperPelletsPartRampCeramicplPlate模具制造过程原理天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySLAvs.SLS:ASummarizedComparisonMaterialProperties:TheSLA(stereolithography)processislimitedtophotosensitiveresinswhicharetypicallybrittle.TheSLS®processcanutilizepolymerpowdersthat,whensintered,approximatethermoplasticsquitewell.SurfaceFinish:ThesurfaceofanSLS®partispowdery,likethebasematerialwhoseparticlesarefusedtogetherwithoutcompletemelting.ThesmoothersurfaceofanSLAparttypicallywinsoverSLS®whenanappearancemodelisdesired.Ingeneral,SLAisabetterprocesswherefine,accuratedetailisrequired.However,avarnish-likecoatingcanbeappliedtoSLS®partstosealandstrengthenthem.Varnishn.清漆,凡立水,光泽面,掩饰v.修饰天津科技大学TianjinUniversityofScience&TechnologySupportStructures:SLApartstypicallyneedsupportstructuresduringthebuild.SLS®parts,becauseofthesupportingpowder,sometimesdonotneedanysupport,butthisdependsuponpartconfiguration.Marksleftafterremovalofsupportstructuresforpartscausedimensionalinaccuraciesandcosmeticblemishes.Blemishn.污点,缺点,瑕疵vt.弄脏,玷污,损害MachiningProperties:Ingeneral,SLAmaterialsarebrittleanddifficulttomachine.SLS®thermoplastic-likematerialsareeasilymachined.简介选择性激光烧结工艺，又称选区激光烧结，由美国德克萨斯大学Dechard于l989年研制成功。美国DTM公司已经商品化。SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结，在计算机控制下层层堆积成形。SLS的原理与SLA十分相似，主要区别在于所使用的材料。SLA所用的材料是液态的紫外光敏可凝固树脂，而SLS则使用粉状的材料。这是该项技术的主要优点之一，因为理论上任何可熔的粉末都可以用来制造模型，这样的模型可以用作真实的原型制件。研究SLS的有DTM公司、EOS公司、3DSystems公司、北京隆源公司、华科大、华北工学院和南航大学等。SLS系统的工艺原理和基本组成SLS系统基本组成：C02激光器、光学系统、粉料送进与回收系统、升降机构、工作台、构造室等。SLS系统过程激光选择烧结基本原理采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成形零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度;控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末交界处的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成形的部分实现粘接。当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。在成型过程中，未经烧结的粉末对模型的窄腔和悬臂部分起着支撑作用，不需要像SLA和FDM工艺那样单独设计支撑结构。分析SLS技术及设备系统视所用的材料而异，有时需要比较复杂的辅助工艺过程。以聚酰胺粉末烧结为例，为避免激光扫描烧结过程中材料因高温起火燃烧，必须在工作空间充入阻燃气体，一般为氮气。为使粉状材料烧结，必须将机器的整个工作空间、直接参与造型工作的所有构件以及所使用的粉状材料预先加热到规定的温度，这个预热过程常常需要数小时。原型制作完成后，为了除去工件表面沾粘的浮粉，需要使用软刷和压缩空气，而这一步骤必须在闭封空间中完成以免造成粉尘污染。选择性激光烧结工艺特点优点：(1)可采用多种材料。从原理上说，这种方法可采用加热时粘度降低的任何粉末材料，通过材料或各类含粘结剂的涂层颗粒制造出任何造型，适应不同需要。(2)制造工艺比较简单。由于可用多种材料，选择性激光烧结工艺按采用的原料不同可以直接生产复杂形状的原型、型腔模三维构件或部件及