304不锈钢数字光投影3D打印技术研究

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304不锈钢凭借着其良好的耐腐蚀、耐热、耐低温等机械性能,而被广泛的应用在基础设施、车辆、船舶和航空等领域。由于传统成型工艺制备复杂结构的不锈钢存在加工困难,以及制造的零件存在尺寸精度差、表面粗糙等问题。通过3D打印技术可以精准设计不锈钢器件的尺寸、形状和复杂结构,解决传统制备工艺中的精度和复杂模具工艺等问题,此外,3D打印技术的生产周期短,工艺成本低,具有广泛的应用前景。本课题通过数字光投影(Digital Light Processing,DLP)技术制备了具有高尺寸精度和复杂结构的不锈钢304试样,实现了金属3D打印领域DLP技术的突破,打破了黑色体系难以光固化的局限性。主要有以下研究内容:(1)本文我们研究了分散剂种类、复配比例和添加量对浆料流变性能的影响,探讨了固相含量对浆料的流变行为的影响规律,明确了分散剂为CPD03和CPD02进行复配,且复配比例为1:1,添加量为3 wt%,固相含量为50 vol%时,浆料的流变行为最佳。此外研究了引发剂比例和添加量,以及不同固相含量对浆料的固化行为的影响,明确了引发剂添加量在6 wt%,比例为4:1:2:1的条件下,浆料的固化效果最佳,最终得到固相含量为50 vol%,剪切速率为10 s-1时,粘度在6.832 Pa·s的适用于DLP打印的不锈钢304浆料。(2)系统研究了不锈钢304的排胶和烧结工艺。通过TG-DTG曲线探讨了排胶速率和烧结温度对不锈钢304生坯的影响并进行分析,明确了排胶速率为0.25℃/min,烧结温度为1275℃,作为不锈钢304的排胶烧结工艺条件。(3)系统研究了DLP打印不锈钢304的性能。讨论了不同曝光时间和不同烧结温度下试样的致密度,并从硬度、三点弯曲强度和拉伸强度来讨论DLP打印不锈钢304的力学性能。确定了烧结温度在1275℃时,可以制备出维氏硬度为418.4 HV,三点弯曲强度为1588.32 MPa,拉伸强度为648.4 MPa的高性能不锈钢304试样。(4)实现DLP打印复杂结构的不锈钢304试样。确定DLP打印不锈钢304的收缩率以及特征参数,成功制备出蜂窝、P-Cell、叶片等复杂结构的不锈钢304试样。
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