造成湖南SLS雷射快速成型誤差的因素分析

2022-10-06 02:30:05 字數 1883 閱讀 8815

造成湖南sls雷射快速成型工藝誤差的因素較多,sls工藝中的燒結引數主要有預熱溫度、雷射功率、掃瞄速度、掃瞄間隔、掃瞄路徑以及層厚等。而且各因素對此誤差的影響差別很大,同時各因素之間也相互關聯、相互制約。影響零件表面粗糙度的引數主要是掃瞄間隔和層厚;而對於零件的尺寸精度和形狀精度來說,則是幾個因素綜合作用的結果。

1、粉末預熱溫度對誤差的影響

由於雷射加熱時,粉末溫度突然公升高使之與周圍粉末之間產生乙個較大的溫度梯度,易導致翹曲變形。對粉末進行預熱有利於減少雷射照射的粉末與其周圍粉末之間的溫度梯度從而可以改善製件的翹曲變形嘲。如果預熱溫度太低,由於粉層冷卻太快,熔化顆粒之間來不及充分潤濕和互相擴散、流動,燒結體內留下大量空隙,導致燒結深度和密度大幅度下降,成形件質量因此受到很大的影響。

隨著加熱溫度的提高,粉末材料導熱性能變好,同時低熔點有機成分液相數增加,有利於其流動擴散和潤濕,可以得到更好的層內燒結和層間燒結,使燒結深度和密度增加,從而提高成形質量。湖南sls雷射快速成型華曙高科提醒,若預熱溫度太高,又會導致部分低熔點有機物的碳化和燒損,反而降低燒結深度和密度。

2、燒結溫度控制不當引起的誤差

雷射的燒結溫度是影響sls製件的主要因素之一。雷射束對粉末材料的掃瞄燒結溫度決定於兩個因素:乙個是雷射束的掃瞄速度,另乙個是掃瞄雷射器的功率輸出。

掃瞄速度越高、功率輸出越低、受照射的粉末材料的受熱溫度越低,而掃瞄速度越低、功率輸出越高,受照射的粉末材料的受熱溫度越高。湖南sls雷射快速成型中的雷射掃瞄燒結與雷射切割中的情形不太相同,當雷射束掃瞄加熱粉末材料時,雷射對粉末顆粒的能量輻射時間極短,一般在0.1 ms——0.1 s。將每層燒結材料加熱到某一溫度區間,如燒結溫度t大於t(max)就會引起材料被破壞;如燒結溫度小於t(min)則不能達到使粉末材料互相粘結的目的,影響製件的力學效能。

湖南sls雷射快速成型華曙高科指出,合理的控制燒結溫度必須從影響燒結溫度的兩個決定因素入手。掃瞄速度增大,單位距離內雷射掃瞄的時間就減小,掃瞄在粉末上瞬間能量密度就減小;反之,就增大。因此,掃瞄速度對燒結件精度和密度的影響與雷射功率對其影響成相反的效果。

掃瞄速度的大小,決定了成形速度的快慢。從快速成形方面考慮,應盡量選擇高的掃瞄速度。

3、雷射掃瞄路徑對誤差的影響

當雷射掃瞄到粉末時,粉末由於溫度突然公升高達到熔點而熔化,並與周圍粉末形成乙個較大的溫度梯度,產生熱應力。掃瞄完成後,粉末溫度下降,先前熔化的粉末凝固收縮,產生殘餘應力。熱應力與殘餘應力相互作用,引起燒結體的翹曲變形,並且隨著成型區面積的增大翹曲變形呈現增大趨勢。

湖南sls雷射快速成型華曙高科指出,通常的快速原型雷射掃瞄方式按其掃瞄路徑不同可分為以下幾類:第l類為順序往返直線掃瞄法,從左往右直線填充;第2類為分割槽掃瞄,分割槽掃瞄將截面分割成若干個無內孔的掃瞄子域,掃瞄子域內部用直線填充,以減少成型區面積;第3類為掃瞄線平行於邊界輪廓線,如同螺旋一樣,由內向外或由外向內的環形掃瞄;第4類為分形掃瞄,所採用的掃瞄軌跡是一種具有自相似特徵的分形結構圖形。

掃瞄方式的選擇直接影響湖南sls雷射快速成型加工層面上的溫度場分布和成型區的掃瞄順序,對製件翹曲變形有十分重要的影響。如果對同一點的雷射掃瞄次數控制不合理,掃瞄次數過多,則溫度會過高,對成型件產生不良影響。

4、單層層厚的影響

單層層厚就是指鋪粉厚度,由於快速原型分層離散製造的特點,使得沿模型高度方向的單層燒結厚度(對應於切片厚度)對製件區域性形狀特徵有著十分重要的影響。單層厚度過大造成製件區域性細微特徵的忽略,成型方向上的層間效應明顯,表面光潔度下降,甚至會使雷射能量無法傳遞到燒結層的底部粉末,使得層與層之間的粘結無法完成,導致加工過程的失敗。反之,單層厚度過小會使得加工效率降低,層片之間很容易產生翹曲變形,所以必須選擇合適的單層厚度。

湖南sls雷射快速成型華曙高科建議,對形狀複雜、成型精度高的製件,以製件要求精度的一半作為單層厚度的極限值,可以使模型在滿足精度要求下保留其細微的區域性特徵。對於形狀較為簡單的實體.則可以選擇比較大的單層厚度,但必須使得單層厚度小於加工雷射功率所能保證的燒結厚度。

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