影響sls快速成型精度因素的試驗(yàn)研究

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1、影響SLS快速成型精度因素的試驗(yàn)研究　　(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014030；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特010010)摘要：針對(duì)影響快速成型制件表面粗糙度和尺寸精度的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了三因素和三水平正交試驗(yàn)；以制件表面粗糙度和收縮為測(cè)量指標(biāo)，利用方差分析方法，獲得了聚苯乙烯材料激光選區(qū)燒結(jié)的各工藝參數(shù)的影響規(guī)律以及最佳工藝參數(shù)組合；為該快速成型系統(tǒng)生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品發(fā)揮了重要的作用。 　　關(guān)鍵詞：激光選區(qū)燒結(jié)；表面粗糙度；尺寸精度 　　中圖分類(lèi)號(hào)：TF124文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007—6921(XX)18—0077—03

2、 　　隨著激光選區(qū)燒結(jié)(SelectiveLaserSintering，縮寫(xiě)SLS)快速成型技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，成型精度越來(lái)越成為困擾快速成型技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。SLS成型工藝是一個(gè)涉及CAD/CAM、機(jī)械工程、材料特性、激光加工及后處理等多環(huán)節(jié)的集成制造過(guò)程［1］，任一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)存在誤差，這些誤差嚴(yán)重影響了SLS成型件的精度。 1SLS成型過(guò)程中的誤差來(lái)源 　　通過(guò)理論分析和試驗(yàn)認(rèn)為對(duì)于固定特性的粉末材料，SLS成型過(guò)程中的誤差來(lái)源于三個(gè)方面：模型數(shù)據(jù)處理誤差、成型機(jī)系統(tǒng)的誤差和成型工藝誤差。 1.1模型數(shù)據(jù)處理誤差 　　模型數(shù)據(jù)處理誤差是在

3、CAD模型進(jìn)行離散化的過(guò)程中，一些信息丟失造成的，包括模型誤差和切片誤差。模型誤差包括CAD造型誤差和由STL文件近似擬合三維曲面造成的誤差。分層切片誤差是由SLS的疊層制造原理造成的［2］。 　　模型數(shù)據(jù)處理誤差的解決主要依賴(lài)于計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，如：①采用高質(zhì)量的造型軟件；②開(kāi)發(fā)、完善STL格式文件缺陷的自動(dòng)診斷和修復(fù)軟件；③為減少或消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差，開(kāi)發(fā)出能夠直接從CAD模型獲取成型機(jī)所能接受的輪廓信息的軟件等等。 1.2成型機(jī)系統(tǒng)的誤差 　　成型機(jī)系統(tǒng)的誤差主要包括機(jī)械系統(tǒng)誤差和掃描系統(tǒng)誤差。機(jī)械系統(tǒng)誤差是影響成型件精度的原始誤差，

4、工作臺(tái)的Z向運(yùn)動(dòng)精度直接影響單層厚度精度，鋪粉滾筒的水平運(yùn)動(dòng)精度和逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速都會(huì)對(duì)成型件的形狀、位置精度和表面粗糙度產(chǎn)生影響。 　　SLS快速成型系統(tǒng)采用三維振鏡掃描動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)，振鏡在掃描過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致在X-Y平面內(nèi)的掃描誤差。同時(shí)，由于激光束光斑直徑的存在，在零件每一截面的邊緣，存在著一個(gè)1/2光斑直徑的增量，即存在零件的外輪廓尺寸增大、內(nèi)輪廓尺寸減小的現(xiàn)象［3］。 1.3加工工藝誤差 　　SLS成型的主要誤差來(lái)源于加工工藝誤差，造成加工工藝誤差的因素較多，各因素對(duì)此誤差的貢獻(xiàn)也不同，同時(shí)各因素之間也相互關(guān)聯(lián)，分析起來(lái)比較困難。通常

5、對(duì)誤差的分析都是通過(guò)誤差的具體表現(xiàn)形式如尺寸、表面粗糙度等進(jìn)行分析，尋求減小誤差的方法。 　　在SLS快速成型系統(tǒng)的工作過(guò)程中，有許多參數(shù)會(huì)影響原型件的成型精度，一般用戶可以調(diào)整的設(shè)備參數(shù)有預(yù)熱溫度、分層厚度、激光功率、掃描方式、掃描速度、掃描線寬、工件相對(duì)于工作臺(tái)面的成型角度等。有時(shí)即使對(duì)工藝參數(shù)施以較小的調(diào)整量也會(huì)對(duì)原型件質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，工藝參數(shù)的組合設(shè)置也無(wú)現(xiàn)成規(guī)律可循。因此有必要對(duì)于給定的快速成型系統(tǒng)，優(yōu)化它工藝過(guò)程的控制參數(shù)，合理調(diào)整加工參數(shù)組合，改善成型件的質(zhì)量。 　　本文通過(guò)試驗(yàn)，綜合分析了主要技術(shù)參數(shù)之間的相互作用原理，及其對(duì)原

6、型件的尺寸和表面粗糙度的影響規(guī)律，并且通過(guò)正交試驗(yàn)、方差分析和極差分析得出優(yōu)化的參數(shù)組合。 2激光選區(qū)燒結(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 　　本試驗(yàn)采用XX隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司AFS－450型激光快速自動(dòng)成型機(jī)。試驗(yàn)材料為SLS專(zhuān)用的聚苯乙烯(PS)基粉末(PSB、PSC)。該P(yáng)S基粉末是無(wú)色無(wú)臭的透明性剛硬固體顆粒，在熱塑性塑料中是最容易成型加工的品種之一。 2.1試驗(yàn)內(nèi)容 　　2.1.1試驗(yàn)一：設(shè)計(jì)試樣長(zhǎng)寬高為25×15×10mm，當(dāng)激光功率為40%×50Ｗ時(shí)，選取不同的工藝參數(shù)：分層厚度、制件擺放角度、激光掃描線寬，檢測(cè)各工藝參數(shù)組合下燒結(jié)制件的表面光潔度情

7、況。本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方案，三因素三水平，此試驗(yàn)共進(jìn)行9組。 　　2.1.2試驗(yàn)二：設(shè)計(jì)5個(gè)激光燒結(jié)功率段：30%、35%、40%、45%、50%，3種試樣：100×100×5mm、50×50×5mm、25×25×5mm，進(jìn)行收縮性試驗(yàn)，檢測(cè)在5個(gè)激光功率值時(shí)，制件尺寸精度情況。 2.2選區(qū)激光燒結(jié)試驗(yàn)一 　　2.2.1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。為了尋求最佳工藝參數(shù)組 　　合，以較少的試驗(yàn)次數(shù)、較短的試驗(yàn)周期、較低的試驗(yàn)費(fèi)用，迅速地得到正確的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)中采用了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，該方法適合于多因素、多指標(biāo)、周期長(zhǎng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題［4］。 　　2.2.1.1正交

8、試驗(yàn)表設(shè)計(jì)。要提高激光燒結(jié)制件的精度，合理地選擇加工工藝參數(shù)非常重