【摘 要】
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自面世以来,选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）技术急速发展并在当今世界的制造加工行业中扮演着重要角色。在SLS的加工准备过程中,保证预热温度场的均匀性和稳定性是非常重要的一环,这从根本上决定零部件打印的可行性及其成型的精度与强度。然而现有SLS设备中的预热模块具有一定局限性,导致工作面存在着中心区域温度高,四周边角温度低的问题,这极大影响SLS的成型效果。
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:生物质炭前驱体的阵列面激光烧结3D成型机理及多孔炭结构转化机制研究（52075090）; 黑龙江省重点研发项目:面激光高效烧结先进制造技术（GA21A403）
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自面世以来,选择性激光烧结（Selective Laser Sintering,SLS）技术急速发展并在当今世界的制造加工行业中扮演着重要角色。在SLS的加工准备过程中,保证预热温度场的均匀性和稳定性是非常重要的一环,这从根本上决定零部件打印的可行性及其成型的精度与强度。然而现有SLS设备中的预热模块具有一定局限性,导致工作面存在着中心区域温度高,四周边角温度低的问题,这极大影响SLS的成型效果。因此本文以聚醚砜（PES）为加工材料,以200mm×200mm大小的工作平面为研究对象,对SLS中的预热温度场进行探究。本文主要研究包括:首先对预热模型进行分析,提出单向延展预热模块的优化方案,建立可信度较高的SLS预热温度场的数学模型,使用FARO-quantum三坐标测量机扫描粉床工作面形貌作为辅助手段,通过Ansys软件对不同预热模块下的温度场进行仿真分析,发现原始预热模块下温度场存在的问题,将单向延展预热模块下温度场的形态与之对比得到分布更平缓的温度梯度,这初步验证延长预热模块的可行性。然后搭建实验台并设计实时温度监测系统,基于CX-B200型号桌面级SLS打印机工作腔的总体尺寸,搭建集预热、保温和通风等模块为一体的实验台,采用带死区的PID控制为基础的预热温度控制方案,适配实验台设计预热温度实时监测系统,该系统采用Pt100接触式热电偶为测温手段,针对粉床预热过程中内部热应力集中的现象,设计实验探究粉床在竖直方向上的温度梯度的分布规律,以此为基础求出热电偶在粉床中的最佳安装高度,基于Labview设计数据采集仪器的虚拟面板,经过调试该系统能够较为准确及时地反映粉床上的温度状态,对保温层及反光板进行优化获得良好的保温节能效果。最后进行预热温度场实验研究,通过实验得出PES粉末进行选择性激光烧结的最优加工参数为预热温度80℃、激光功率16W,在此基础上对初始预热模块与单向延展预热模块下不同预热模式的温度场进行研究,通过多次实验数据的比较与分析,对单向延展预热模块下粉床有效预热区域的面积进行探究,同时将不同条件下工作面预热温度场的形态特点及变化趋势进行总结。对预热温度场进行综合优化前后的试件成型质量进行对比,发现打印件的质量、力学性能及尺寸精度都有不同程度的提升,这验证前文提出的综合优化方案的可行性,此外还从微观角度观察分析平均粒径为60μm的PES粉末在不同预热温度场中的性状变化,并设计实验研究PES粉末回收再利用过程中试件成型效果随重复预热次数增加的变化趋势,分析得出此规格的PES粉末进行多次预热而性能不发生大幅下降的阈值。
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