激光旁轴送气结构设计与分析

目的通过了解激光增材技术,设计一种送丝送气一体化机构,并建立相应模型。方法通过对不同送丝送气机构进行对比分析,设计出3种方案,并通过流体模型分析保护气体氩气的流动情况,最终得出最合理的安装位置。第1种方案是采用送丝机构与送气机构对冲的两轴送丝送气设计方案;第2种方案是采用送丝机构与送气机构同路的设计方案;第3种方案是选择两路送气机构与送丝机成夹角对冲的设计方案。结果在第1种方案中,送丝机构与送气机构的对冲会导致气流紊乱,产生气体流动扩散现象,可以明显看到有一个保护气体比较密集的区域。在第2种方案中,当送丝机构与送气机构同路时,在工作过程中有可能出现防氧化效果不够好的情况。在第3种方案中,两路送气机构与送丝机成夹角对冲可以有效控制氩气的流动,提高氩气的利用率,在这里进行丝材的激光熔覆将会起到最大的防氧化保护作用。结论通过对不同送丝送气机构进行对比分析,最终确定三路送气方案的保护效果最佳。

基于DIC技术的选区激光熔化Inconel 625拉伸性能及各向异性的研究

选区激光熔化(SLM)Inconel 625成型件各向异性缺乏相关研究与评估,为研究其在不同打印角度下的各向异性及力学性能,以镍基高温合金粉末Inconel 625为原料,采用SLM技术制备0°、45°和90°3类不同打印角度的试件,通过准静态拉伸试验和数字散斑图像技术(DIC),获得Inconel 625材料的应力应变数据及全场应变分布。结果表明:0°角打印在3类成型方式中力学性能最优,打印角度的选择对激光成型Inconel 625抗伸强度、应力应变分布影响较大;对比DIC全场应变云图与强度分布曲线发现应力集中带分布与打印角度一致,SLM制备成型件时选取0°角打印、减少分层数可有效降低各向异性的影响并提升力学性能;最后,通过扫描电镜对试样的断口形貌进行观察和分析,发现0°角试件断口处存在大量小尺寸韧窝,分层处未出现层间断裂,45°、90°角试件断口多位于分层结合处;准静态拉伸Inconel 625成型件断裂模式为韧性断裂。通过DIC技术可以精确研究SLM成型件应变分布,为今后降低和预防增材制造各向异性提供了参考。

热冲击环境下涂层/基底界面的微观形貌及元素扩散规律研究

针对热障涂层在高温环境中长期服役的需求,研究热障涂层在热冲击环境下涂层/基底界面形貌演变及元素扩散规律。通过自主搭建的石英灯加热平台对热障涂层进行热冲击试验。利用SEM和EDS对热冲击后涂层/基底界面的微观形貌及元素分布进行分析,利用Boltzmann-Matano扩散模型计算了涂层/基底界面Al元素的扩散系数。结果表明,沉积态的热障涂层中黏结层(BC)主要由β和γ相组成,并且在涂层/基底界面已经出现扩散区;随着热冲击试验的进行,Al元素快速消耗致使BC层和基底间Al元素浓度梯度转变,Al元素开始向外扩散,部分拓扑密堆(TCP)相中富集的难熔元素可以重新固溶到基底中,最终各元素在界面区的分布逐渐均匀;Al元素的扩散系数在热冲击试验开始前为正值,到600次热冲击循环后为负值,且扩散系数的最大值均出现在涂层/基底界面处,距离界面越大,扩散系数就越低。

聚己内酯/布洛芬载药纤维膜的静电纺丝工艺参数及性能

为使静电纺丝法成型的聚己内酯(PCL)/布洛芬(IBU)载药纤维膜具有较好的力学及控释性能,采用静电纺丝法制备了PCL/IBU载药纤维膜,研究了工艺参数对纤维直径的影响。以最小直径为目标,进行正交实验,得到了优化的工艺参数;对纤维膜的力学性能和药物释放性能进行了测试,验证了载药纤维膜对药物的控释性能。研究表明,在所研究的参数范围内,PCL/IBU载药纤维的最小平均直径为8.53μm,拉伸强度为2.07 MPa,屈服强度为1.13 MPa,在1000 h内实现了对IBU的控制释放,且累积释药量与释药时间趋向于线性。

静电纺丝工艺及煅烧温度对Dy0.05Ce0.95O0.975纳米纤维形貌影响研究

目的为了制备出直径能够达到纳米级别的纤维,调节静电纺丝的参数,包括电压、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)含量、溶液流速、稀土硝酸盐含量,以确定最佳工艺数值,并通过煅烧获得纳米级别、无杂质生成的粉体颗粒,了解纤维形貌随温度的变化规律。方法采用Dy元素对CeO2进行掺杂,其掺杂量x=0.05(原子数分数),并使用PVP配制纺丝前驱液,而后通过单因素分析法,分别研究4种工艺参数对纳米纤维形貌及直径的影响,采用扫描电镜(SEM)进行观察,并用软件测量纤维样品的直径分布范围。在制备了纳米级别的纤维后,进行热重(TG/DTA)分析,并观察不同温度下纤维的失重情况,确定了热处理温度范围,而后将纤维在700、800、900℃下煅烧,通过SEM观察纤维在煅烧之后的形貌。采用能谱仪测定了煅烧后样品的组成元素及分布情况。结果利用优化后的工艺参数可以制备出直径为200~500nm、形貌良好的纤维,通过煅烧可以形成100~200 nm的球型颗粒纤维,煅烧后的粉体没有杂质产生。结论最佳工艺参数如下:电压为15V,PVP的质量分数为10%,溶液流速为0.2mm/min,硝酸盐质量分数为6.5%。煅烧温度会对纤维形貌及晶粒产生较大影响,煅烧温度越高,晶粒生长速度越快,在3种煅烧温度下,纤维能够完全转变为氧化物,没有C元素生成。

PS/ABS复合粉末选择性激光烧结工艺参数的实验研究

针对选择性激光烧结件力学性能和尺寸精度差的问题,通过机械混合法制备了聚苯乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(PS/ABS)的复合粉末。在预热温度85℃、8层网格支撑等条件下,采用单因素实验法研究激光功率、扫描速度、扫描间距和单层厚度对烧结件强度和相对误差的变化规律,并用正交试验对工艺参数进行优化。结果表明,烧结件的弯曲强度随着激光功率的增加而提高,随扫描速度、扫描间距和单层厚度的增加而降低。Z向尺寸相对误差随着激光功率的增加而增大,随着扫描速度、扫描间距和单层厚度的增加而减小;由极差分析可知,激光功率对PS/ABS烧结件弯曲强度和Z向尺寸相对误差的影响最大;最优的工艺参数组合为:激光功率30 W、扫描速度1 200 mm/s、扫描间距0.32 mm和单层厚度0.26 mm,此时烧结件的弯曲强度为7.85 MPa,Z向尺寸相对误差为1.30%。

选择性激光烧结聚苯乙烯/玻璃纤维制件的工艺研究

将聚苯乙烯(PS)粉与玻璃纤维(GF)粉通过机械混合制备复合粉料,利用选择性激光烧结技术制备了PS/GF烧结制件,在激光功率25 W、预热温度75℃下研究了扫描速度、单层厚度和扫描间距对PS/GF制件弯曲强度和Z向尺寸的影响,并对工艺参数进行了正交优化。结果表明,在实验取值范围内,随上述3种工艺参数值的增大,制件弯曲强度呈降低趋势,而Z向尺寸相对误差由正值逐渐向负值发展。正交试验结果表明,扫描速度对制件的弯曲强度和尺寸精度影响最大,扫描间距影响次之,单层厚度影响最小;确定了扫描速度1 200 mm/s、单层厚度0.25 mm、扫描间距0.28 mm为最佳工艺参数,此时制件弯曲强度为10.41 MPa,Z向尺寸相对误差为2.35%,基本满足制件的应用要求。

基于快速成型技术(RP)的新产品开发

本文阐述了快速成型的技术原理和工艺过程。通过对比传统新产品开发过程和基于快速成型的新产品开发过程，说明了快速成型技术在新产品设计和制造等环节中的作用和意义。认为利用ＲＰ技术可以高速度、低成本的开发新产品，从而大大提高了企业的市场竞争力。

PS对PS/CF复合材料SLS烧结件力学性能及成型精度的影响

以聚苯乙烯(PS)作为基体材料制备了聚苯乙烯/碳纤维(PS/CF)复合粉末材料,在激光功率为30 W,预热温度为80℃和分层厚度为0.25mm等条件下,研究了基体材料的粒径及含量对PS/CF复合材料选择性激光烧结件的力学性能及成型精度的影响。结果表明,制得的PS/CF复合粉末材料的粒径满足选择性激光烧结工艺(SLS)的要求;当基体材料的平均粒径为75μm,PS与CF的质量比为9∶1时,PS与CF之间的融合效果最佳;此时弯曲、拉伸和冲击强度分别可达6.88、2.97MPa和2.98kJ/m^2,x向、y向及z向的尺寸偏差绝对值仅为0.8%、0.22%、1.6%;与相同粒径的纯PS相比,弯曲、拉伸和冲击强度分别提高了62.06%、74.29%、83.95%,x向、y向及z向尺寸精度分别提高了5.44%、69.44%、81.34%。

聚苯乙烯粉选择性激光烧结工艺参数优化

对聚苯乙烯（PS）粉在激光功率20w、预热温度70℃、扫描间隔0．30min等工艺参数下，研究了扫描速度和层厚对烧结试样长度、宽度、高度相对误差及孔隙率等的影响，并在电镜下观察了烧结试样微观组织，对工艺参数进行优化。结果表明：PS粉烧结时，在不同工艺参数下会分为熔融区和微熔区，熔融区和微熔区烧结件长和宽均由于收缩变形而小于理论值；在熔融区，随着扫描速度和层厚的增大，长、宽尺寸精度越来越高；在微熔区，长、宽尺寸精度变化不大，同时试样由过深烧结到烧结不足，高度值由大变小，试样孔隙率逐渐增大。扫描速度对孔隙率影响较大，分层厚度对孔隙率影响较小，确定层厚在0．20～0．22mm、扫描速度在2100mm／s为最佳烧结工艺参数。

PS粉的选择性激光烧结成型工艺实验

对聚苯乙烯(PS)粉在70℃预热不变的情况下,单因素确定合理的烧结工艺参数范围;选取激光功率,分层厚度、扫描速度、扫描间隔进行正交试验,以强度和精度为综合评价指标,确定了最优的工艺参数组合。结果表明:PS粉烧结时,在不同工艺参数下长、宽尺寸变化不明显,而高度受工艺参数影响较大;确定最优的工艺参数组合为激光功率(25 W)、分层厚度(0.25 mm)、扫描速度(2000 mm/s)、扫描间隔(0.32 mm)时,可得到弯曲强度为3.191 MPa、尺寸相对误差为1.85%的制品。

聚苯乙烯/玻璃纤维复合粉末SLS烧结件收缩率实验研究

针对选择性激光烧结(SLS)制件尺寸精度差的问题,对聚苯乙烯/玻璃纤维复合粉末进行烧结实验研究。在激光功率25 W、扫描间距0.30 mm等工艺条件下,研究了预热温度、分层厚度和扫描速度对正八面体烧结件尺寸收缩率的影响。为了得到最优工艺参数,采用正交实验设计法对三种影响因素进行研究。结果表明,在同一工艺参数组合下,制件竖直方向的尺寸收缩率比水平方向的收缩率变化幅度大;最优的工艺参数为:预热温度85℃、扫描速度2 000 mm/s和分层厚度0.20 mm;最优工艺参数下制件水平方向修正系数为1.014 7,竖直方向的修正系数为1.024 1。经过修正的模型在最优工艺参数下烧结达到了PS/GF复合粉末烧结件的精度要求。

基于SLS的诱导轮快速熔模铸造工艺研究

以诱导轮为例,开展了基于选择性激光烧结(SLS)的复杂曲面零件快速熔模铸造工艺研究。首先采用SLS成形聚苯乙烯(PS)工艺制作了叶轮树脂模型并进行浸蜡处理,其次采用硅溶胶工艺制得该诱导轮的型壳,最后采用PROCAST软件进行数值模拟,对可能产生的缩孔缩松进行预测,并进行实际浇注试验。结果表明,浸蜡前尺寸相对误差范围为-0.185%~3.22%,浸蜡后模型单面尺寸增加0.2~0.3 mm,平均表面粗糙度为0.647μm,表面粗糙度等级由3级上升到9级;在型壳预热温度1 115℃、浇注温度1 600℃、浇注速度1.5 kg/s进行浇注,保证铸件合格良好的内外质量。经测量后该铸件平均尺寸相对误差范围0.17%~0.19%;表面粗糙度平均值是0.693μm,达到试验预期。

选择性激光烧结蔗糖工艺实验研究

为了开发碳水化合物类的新快速成型材料,对蔗糖的物化材料性质和影响选择性激光烧结的成型因素进行了分析。利用SLS-300成型机进行实验,并制作出蔗糖模型。得到一些初步的工艺参量以及能量密度对成型质量(强度、颜色、表面粗糙度)的影响规律。结果表明,蔗糖是可以作为选择性激光烧结材料的,这为后续研制专用蔗糖3-D打印机提供了实验依据。

PS/CF复合粉末激光选区烧结工艺研究

为提高聚苯乙烯粉末烧结件的强度,制备了聚苯乙烯/碳纤维(PS/CF)复合粉末,采用正交实验方法研究了不同工艺参数对PS/CF复合粉末SLS烧结件弯曲强度的影响,确定了最优工艺参数。结果表明,复合粉末试样的弯曲强度最高可达7.49 MPa,比纯PS粉提高2.88倍;弯曲强度随扫描速度和层厚的增大而减小,随预热温度的增加而增大;PS/CF复合粉末的最优工艺参数为扫描速度1 800 mm/s,预热温度85℃,层厚0.18 mm。

整体电极成形法

介绍电火花加工（EDM）石墨电极研磨机的工作原理，叙述RP技术与石墨电极研磨机相结合制造模具的集成技术，探讨研磨机理，认为振动研磨不同于普通磨创，其成形必须满足一定的几何条件。对研磨成形精度进行分析研究，发现研磨的动态振幅特点。

工艺参数对PS/CF混合粉末SLS烧结件尺寸精度的影响

以机械混合的方式制备了聚苯乙烯/碳纤维(PS/CF)混合粉末材料。在环境温度25℃、扫描间距0.30 mm和扫描方式XYSTA等条件下,采用选区激光烧结(SLS)工艺,通过单因素试验法分别研究了预热温度、激光功率、扫描速度及分层厚度对PS/CF混合粉末烧结件尺寸精度的影响及规律;根据综合平衡法原则通过正交试验和极差分析确定了烧结件尺寸精度的最佳工艺参数组合。结果表明,激光功率对PS/CF烧结件X向尺寸精度的影响最大,预热温度对其影响最小;扫描速度对Y向尺寸精度的影响最大,分层厚度对其影响最小;分层厚度对Z向尺寸精度的影响最大,预热温度对其影响最小。最佳工艺参数组合为:预热温度85℃,扫描速度1 800 mm/s,激光功率30 W,分层厚度0.22 mm,此时PS/CF烧结件与同种工艺参数下的纯PS烧结件相比,X向、Y向和Z向的尺寸精度分别提高18.44%,30%和40.84%。

选区激光烧结PS/PE工艺参数及配比实验

针对纯聚苯乙烯(PS)选区激光烧结(SLS)成型件强度较差的缺陷,使用机械混合的方式制备了PS/聚乙烯(PE)混合粉末材料。在模型分层厚度0.25 mm、激光功率30 W、轮廓扫描速度3 000 mm/s等因素不变的条件下,分别研究了填充扫描速度、预热温度、扫描间距对烧结件弯曲强度及厚度方向(Z向)尺寸精度的影响,在此基础上通过正交试验和极差分析优选出了最佳工艺参数组合;并在最佳工艺参数组合下研究了PS与PE配比对烧结件弯曲强度及Z向尺寸精度的影响。结果表明,在实验范围内,填充扫描速度对PS/PE混合粉末烧结件的弯曲强度和Z向尺寸精度的影响最大,预热温度对其影响最小。最佳的工艺参数组合为填充扫描速度1 600 mm/s,预热温度85℃,扫描间距0.30 mm;在该工艺参数组合下PS/PE混合粉末最优配比为9∶1,此时烧结件的弯曲强度可达8.91 MPa,Z向尺寸相对偏差绝对值仅为0.65%,与相同条件下的纯PS相比明显改善。

选择性激光烧结PS/PET/GF复合粉末工艺参数的研究

在选择经激光烧结工艺下,通过对聚苯乙烯(PS)粉末基体材料中添加聚酯纤维和玻璃纤维(GF)进行改性实验,分析总结了不同工艺参数下PS/聚酯纤维(PET)/GF烧结件尺寸精度及弯曲强度的变化规律及成因。选取扫描间距、扫描速度与分层厚度三种工艺参数进行三因素三水平正交实验,以烧结件Z向尺寸精度和弯曲强度为实验指标,通过方差分析法得到一组最佳工艺参数组合。结果表明,在工艺参数范围内,弯曲强度和精度呈现此消彼长的规律;最优参数组合为分层厚度0.19 mm,扫描速度1 700 mm/s,扫描间距0.21 mm,此时PS/PET/GF复合粉末烧结件的弯曲强度为9.75 MPa,Z向尺寸误差为10.45%。

选区激光烧结聚苯乙烯粉的基础实验研究

为了探寻选区激光烧结工艺参量对聚苯乙烯粉烧结质量影响的规律,并通过工艺参量的优化来提高其烧结精度与强度,采用对聚苯乙烯粉进行热重/差示扫描量热法实验分析、利用SLS300快速成型机对聚苯乙烯粉烧结等方法,进行了理论分析和实验验证,发现烧结温度在150T－260℃之间时,试样烧结尺寸精度较高.结果表明,聚苯乙烯粉烧结件的x向和y向尺寸精度受工艺参量影响较小,而Z向尺寸精度受工艺参量影响较大;弯曲强度表现为随激光功率、扫描间隔、分层厚度的增大而减小的变化趋势.这对于工艺参量优化选择来提高聚苯乙烯粉的烧结质量提供了实验依据.